EP4655831A1 - Cellule pour pile à combustible et pile à combustible comprenant une telle cellule - Google Patents

Cellule pour pile à combustible et pile à combustible comprenant une telle cellule

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Publication number
EP4655831A1
EP4655831A1 EP24701645.4A EP24701645A EP4655831A1 EP 4655831 A1 EP4655831 A1 EP 4655831A1 EP 24701645 A EP24701645 A EP 24701645A EP 4655831 A1 EP4655831 A1 EP 4655831A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
peripheral
cell
fin
stacking direction
polar plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24701645.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Julien Rapior
Clément Guillaume SANTINI
Florian Sébastien GHIO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Symbio SAS
Original Assignee
Symbio SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Symbio SAS filed Critical Symbio SAS
Publication of EP4655831A1 publication Critical patent/EP4655831A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0276—Sealing means characterised by their form
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    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
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    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/242—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes comprising framed electrodes or intermediary frame-like gaskets
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    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • TITLE Cell for fuel cell and fuel cell comprising such a cell
  • the present invention relates to a cell for a fuel cell and a fuel cell comprising such a cell.
  • US8003273B2 describes a fuel cell, and at least one sealing member for such a cell.
  • the cell comprises a membrane-electrode assembly comprising a gas diffusion layer, two separator plates on either side of the membrane-electrode assembly, each plate comprising a circulation zone with gas circulation channels.
  • Each sealing member extends from an internal surface of an annular seal and extends between a separator plate and an electrolytic membrane, is in contact with a surface of the membrane electrode assembly, and is in particular in contact with the gas diffusion layer, thus limiting the circulation of gas in a bypass zone.
  • the bypass zone is often referred to as “bypass zone”. It may prove desirable to limit the circulation of gas in the bypass zone because the gas then bypasses the circulation zone without reacting, which reduces the efficiency of the cell.
  • the seal is interposed between a peripheral zone of the separator plate and the membrane electrode assembly.
  • the peripheral zone is at the same height as the circulation zone, while the gas circulation channel is a hollow groove formed on the separator plate.
  • the aim of the present invention is to remedy the drawbacks explained above, by proposing a peripheral seal which blocks the circulation of gas more effectively.
  • the subject of the invention is a peripheral seal for a cell for a fuel cell, the peripheral seal comprising:
  • a main part being configured to be interposed, following a stacking direction of the fuel cell, between: ⁇ a peripheral zone belonging to a polar plate of the cell, the polar plate extending parallel to a main plane of the cell, the main plane being perpendicular to the stacking direction, the polar plate comprising a circulation field of a reactive fluid, surrounded by the peripheral zone, and
  • the membrane-electrode assembly further comprising at least one gas diffusion layer
  • said at least one fin further comprises:
  • An idea underlying the invention is to block the circulation of the reactive fluid between the gas diffusion layer and the peripheral zone of the polar plate by interposing the fin, here the extremal part of the fin between the layer of gas diffusion and the peripheral zone.
  • the fin can block the circulation of reactive fluid even when it circulates partly under the gas diffusion layer, making it possible to increase the proportion of reactive fluid in the circulation field, and therefore to improve efficiency. of the stack.
  • the intermediate part of the fin being oblique relative to the main part, this makes it possible to reduce the risk of transverse deformation of the main part of the first peripheral seal under a traction effect by the fin, despite due to the fact that the extremal part of the fin is interposed, possibly being compressed, between the gas diffusion layer and the peripheral zone of the polar plate.
  • a primary tensile force generated by the compression of the extremal part by the gas diffusion layer is converted at the intermediate part into torsional and/or bending force, which deforms the intermediate part.
  • the main part is thus subjected to a resulting force much lower than the primary tensile force, the resulting force not being sufficient to distort the main part or only slightly distorting the main part.
  • the sealing of the first peripheral seal with respect to the outside of the stack is then ensured, allowing the proper functioning of the cell.
  • the peripheral seal may include the following characteristics, taken individually or in any technically possible combination:
  • the peripheral joint comprises several fins, each fin being connected to the main part only via the joining part.
  • the joining part is configured to extend perpendicular to the main part, projecting into the main plane.
  • the extremal part is configured to extend perpendicular to the main part, projecting into the main plane.
  • At least one part, among the extremal part, the intermediate part and the junction part, is configured to be rectilinear, projecting into the main plane.
  • Part of the fin is configured to be curved, projecting into the main plane.
  • the junction part has an opening allowing fluid to circulate through the fin.
  • the main part of the peripheral seal and the fin are formed in one piece.
  • the peripheral joint further comprises a dam which is parallel to the main part, which connects the end parts of several fins, the dam being formed in one piece with the first peripheral joint, and which is configured to be interposed according to the direction stacking between the gas diffusion layer and the polar plate.
  • the present invention also relates to a cell, for a fuel cell, comprising a polar plate and a peripheral seal, the polar plate comprising:
  • the cell may include the following characteristics, taken individually or in any technically possible combination:
  • the cell further includes: • the membrane-electrode assembly, extending parallel to the main plane of the cell, superimposed on the first polar plate in the stacking direction, and comprising:
  • said at least one gas diffusion layer interposed, according to the stacking direction, between the proton exchange polymer membrane and the polar plate, the peripheral seal ensuring sealing against the reactive fluid between on the one hand a bypass zone of the cell delimited inside the cell, between the peripheral portion of the membrane-electrode assembly and the peripheral zone, and on the other hand a zone external to the cell beyond the main part facing the bypass zone, and said at least one fin extending in the bypass zone.
  • a contact portion of the extremal part is compressed between the gas diffusion layer and the peripheral zone
  • the circulation field delimits a plurality of channels, for the circulation of the reactive fluid, the channels extending in a longitudinal direction perpendicular to the stacking direction, each channel being delimited by:
  • the channel teeth further project from the peripheral area in the stacking direction.
  • the present invention also relates to a fuel cell comprising cells, at least one of said cells being as described above, the cells being stacked in the stacking direction to constitute a stack.
  • the present invention also aims to remedy the drawbacks of the prior art mentioned above by proposing a new cell for a fuel cell, which, while having a bypass zone which extends under the gas diffusion layer, presents improved efficiency without prejudice to the sealing of the cell with respect to the outside.
  • the present invention also relates to a cell, for a fuel cell, the cell comprising a first polar plate extending parallel to a main plane of the cell, the main plane being perpendicular to a stacking direction of the fuel cell, the first polar plate comprising a peripheral zone and a circulation field of a reactive fluid, surrounded by the peripheral zone.
  • the cell further comprises a membrane-electrode assembly, extending parallel to the main plane of the cell, superimposed on the first polar plate in the stacking direction, and comprising a peripheral portion, facing the peripheral zone in the direction stacking, a central portion comprising a proton exchange polymer membrane, framed by the peripheral portion and at least one gas diffusion layer interposed, in the stacking direction, between the proton exchange polymer membrane and the first polar plate .
  • the cell also comprises a first peripheral seal, comprising a main part interposed, in the stacking direction, between the peripheral zone and the peripheral portion of the membrane-electrode assembly, the first peripheral seal ensuring sealing against the reactive fluid between d 'on the one hand a bypass zone of the cell delimited inside the cell, between the peripheral portion of the membrane-electrode assembly and the peripheral zone, and on the other hand a zone external to the cell beyond the main part facing the bypass zone and at least one fin extending in the bypass zone, comprising a junction part, via which the fin is attached to the main part.
  • a first peripheral seal comprising a main part interposed, in the stacking direction, between the peripheral zone and the peripheral portion of the membrane-electrode assembly, the first peripheral seal ensuring sealing against the reactive fluid between d 'on the one hand a bypass zone of the cell delimited inside the cell, between the peripheral portion of the membrane-electrode assembly and the peripheral zone, and on the other hand a zone external to the cell beyond the main part facing the bypass
  • the fin further comprises an extremal part, interposed, according to the stacking direction, between the gas diffusion layer and the peripheral zone, and an intermediate part, connecting the junction part to the extremal part, the intermediate part being oblique to the main part of the first peripheral joint, projecting into the main plane.
  • An idea underlying this cell is to block the circulation of the reactive fluid between the gas diffusion layer and the peripheral zone of the polar plate by interposing the fin between the gas diffusion layer and the peripheral zone.
  • the fin can block the circulation of reactive fluid even when the bypass zone extends partly under the gas diffusion layer, making it possible to increase the proportion of reactive fluid in the circulation field, and therefore improve battery performance.
  • the intermediate part of the fin being oblique relative to the main part, this makes it possible to reduce the risk of transverse deformation of the main part of the first peripheral seal under a traction effect by the fin, despite the fact that the extremal part of the fin is interposed, possibly being compressed, between the gas diffusion layer and the peripheral zone of the polar plate.
  • a primary tensile force generated by the compression of the extremal part by the gas diffusion layer is converted at the oblique part into torsional and/or bending force, which deforms the oblique part.
  • the main part is thus subjected to a resulting force much lower than the primary tensile force, the resulting force not being sufficient to deform the main part or only slightly deforming the main part.
  • the sealing of the first peripheral seal with respect to the outside of the stack is then ensured, allowing the proper functioning of the cell.
  • the cell of the present disclosure may include the following characteristics, taken individually or in any technically possible combination:
  • the joining part extends perpendicular to the main part of the first peripheral joint, projecting into the main plane.
  • the extremal part extends perpendicular to the main part of the first peripheral joint, projecting into the main plane.
  • At least one part, among the extremal part, the intermediate part and the junction part, is rectilinear, projecting into the main plane.
  • a contact portion of the extremal part is compressed between the gas diffusion layer and the peripheral zone.
  • the junction part has an opening allowing fluid to circulate through the fin.
  • the cell further comprises a dam which is parallel to the main part, which connects the end parts of several fins, and which is interposed, according to the stacking direction, between the gas diffusion layer and the first polar plate, the dam being formed in one piece with the first peripheral joint.
  • the main part of the first peripheral seal and the fin are formed in one piece.
  • the circulation field delimits a plurality of channels, for the circulation of the reactive fluid, the channels extending in a longitudinal direction perpendicular to the stacking direction, each channel being delimited by a channel bottom, belonging to the circulation field , and extending parallel to the longitudinal direction, and by two channel teeth, belonging to the circulation field, and extending parallel to the longitudinal direction, the channel teeth being arranged on either side of the channel bottom, projecting relative to the channel bottom, each channel tooth being in contact with the gas diffusion layer in the stacking direction.
  • the channel teeth also project from the peripheral zone in the stacking direction.
  • the membrane-electrode assembly includes a holding frame forming the peripheral portion and framing the central portion.
  • the cell further comprises a second polar plate, beyond the membrane-electrode assembly facing the first polar plate in the stacking direction, and a second peripheral seal, interposed between the second polar plate and the membrane electrode assembly following the stacking direction.
  • the present disclosure also relates to a fuel cell comprising cells, at least one of said cells being as described above, the cells being stacked in the stacking direction to constitute a stack.
  • Figure 1 is an exploded view of part of a cell of a fuel cell, according to a first embodiment of the invention.
  • Figure 2 is a sectional view of part of a fuel cell stack, comprising the cell of Figure 1.
  • Figure 3 is another sectional view of part of the cell of Figure 1.
  • FIG 4 is a top view of part of the cell of the previous figures, showing the cutting line H-H' of Figure 2 and the cutting line III-111' of Figure 3.
  • Figure 5 is a sectional view similar to that of Figure 2 where the stack is shown in a disassembled state.
  • Figure 6 is a sectional view of part of a stack comprising a cell according to a second embodiment of the invention.
  • Figure 7 is a top view of part of the cell of Figure 6, showing the section line IV-IV' of Figure 6.
  • Figure 8 is a top view of part of a cell according to a third embodiment of the invention.
  • Figure 9 is a sectional view of part of a stack comprising a cell according to a fourth embodiment of the invention.
  • Figure 10 is a top view of part of the cell of Figure 9, showing the section line V-V' of Figure 9.
  • Figure 11 is a top view of a fifth embodiment of the invention.
  • Figure 12 is a sectional view of part of a stack comprising a cell according to a sixth embodiment of the invention.
  • Figure 13 is a top view of part of the cell of Figure 12, showing the section line VI-VI’ of Figure 12.
  • Figure 14 is a sectional view of part of a stack comprising a cell according to a seventh embodiment of the invention.
  • Figure 15 is a sectional representation of a part of a cell according to an eighth embodiment of the invention.
  • Figure 16 is a sectional representation of a part of a cell according to a ninth embodiment of the invention.
  • Figure 17 is a top representation of the ninth embodiment of the invention, showing the cut line VIII-HIV' of Figure 16.
  • Figures 1 to 5 represent a first embodiment according to the invention.
  • FIG. 1 a first polar plate, called cathode polar plate 100, and a membrane electrode assembly 200 forming part of a cell 2 of a fuel cell 1.
  • Cell 2 also includes a second polar plate, called the 100’ anodic polar plate, shown in Figure 2.
  • the cathode polar plate 100 is perpendicular to a stacking direction , perpendicular to the stacking direction X.
  • a longitudinal direction Y, oriented towards the front of Figure 2 and a transverse direction Z, oriented from left to right in Figure 2, extending in the main plane P , perpendicular to each other and perpendicular to the stacking direction X are also defined.
  • the cathode polar plate 100 can be formed by an electrically conductive material, for example metal such as stainless steel or graphite.
  • the cathode polar plate 100 comprises a peripheral zone 102, openings 101, two homogenization fields 104, and a circulation field 103.
  • the peripheral zone 102 extends over the entire circumference of the cathode polar plate 100, and borders the openings 101, the homogenization fields 104 and the circulation field 103.
  • the openings 101, the homogenization fields 104 and the circulation field 103 are arranged inside the peripheral zone 102.
  • the peripheral zone 102 extends in a plane perpendicular to the stacking direction X, parallel to the main plane P.
  • the circulation field 103 extends between the two homogenization fields 104 in the longitudinal direction Y.
  • Each channel 105 is delimited in depth along the stacking direction the figures in a simplified manner, but most often presents a slightly rounded profile in section by a transverse plane containing the transverse direction Z.
  • the channel bottoms 1051 are , at least at their point of greatest depth of the channel following the stacking direction X stacking.
  • Each channel 105 is also delimited by two channel teeth 1052, formed by the cathode polar plate 100, projecting relative to the bottom of channel 1051 in the stacking direction X.
  • the channel teeth 1052 are also projecting relative to the peripheral zone 102 in the stacking direction X.
  • the channel teeth 1052 are substantially plane and parallel to the channel bottom 1051.
  • the channel teeth 1052 have a slightly rounded profile in section by a transverse plane containing the transverse direction Z and the stacking direction channel 1051 following the longitudinal direction Y.
  • the bottom of the channel 1051 is continuously connected to each tooth of the channel 1052 by an inclined portion 1053 formed by the cathode polar plate 100.
  • the channel 105 is therefore also delimited by two inclined portions 1053.
  • Each opening 101 is intended either for the injection of reactive or cooling fluid, or for the evacuation of reactive or cooling fluid, for each cell 2 of fuel cell 1.
  • the openings 101 here have a closed contour.
  • Three openings 101 are located on one side of the cathode polar plate 100 in the longitudinal direction Y, aligned in the transverse direction Z.
  • Three other openings 101 are located on the other side of the cathode polar plate 100 in the longitudinal direction Y , also aligned in the transverse direction Z.
  • an opening 101 forms a fluid supply for the circulation field concerned
  • another opening 101 located on the other side of the cathode polar plate 100 in the longitudinal direction Y, serves for the evacuation of fluid for the circulation field concerned.
  • Each homogenization field 104 is arranged between the circulation field 103 and the openings 101 in the longitudinal direction Y.
  • each homogenization field 104 can include channels, which are for example arranged in a fan orientation. These channels connect one of the openings 101 to the circulation field 103.
  • the channels of the homogenization fields 104 can, as in the examples illustrated, be similar and formed in the same way as those of the circulation field 103, except for their orientation. However, the channels of the homogenization fields 104 can have, for example, a width and/or a depth different from those of the circulation field 103.
  • the channels of the homogenization fields 104 can be made differently from those of the circulation field 104. circulation field 103, particularly with different technological processes.
  • the channels of the homogenization fields 104 can for example be made in the form of ribs applied by adding material, metallic, elastomer, or polymer, to a portion of cathode polar plate 100 which can be flat or not, while the channels 105 of the circulation field 103 can be produced by stamping, or vice versa.
  • the first homogenization field 104 makes it possible to distribute the reactive fluid coming from one of the openings 101 b so that it circulates throughout the circulation field 103, in the longitudinal direction Y.
  • the second homogenization field 104 makes it possible to evacuate the reactive fluid distributed over the entire circulation field 103 to another opening 101 b, located opposite the cathode polar plate 100, where the reactive fluid is evacuated.
  • the reactive fluid is cathode reactive fluid, for example air or oxygen. It is expected that only the openings 101 b deliver and evacuate fluid on this face of the cathode polar plate 100, while the contour of the openings 101 a and 101c is sealed, so that the fluids passing through the openings 101 a and 101c are not not brought into contact with the cathodic reactive fluid on this face of the cathode polar plate 100.
  • the membrane electrode assembly (MEA, in English) 200 faces the cathode polar plate 100 in the stacking direction X, and is parallel to the main plane P.
  • the MEA 200 comprises a peripheral portion 202, openings 201, and a central portion 203.
  • the peripheral portion 202 extends around the entire perimeter of the MEA 200, and borders the openings 201 and the central portion 203, which are located inside the peripheral portion 202.
  • the openings 201 have a closed contour.
  • the peripheral portion 202 extends in a plane perpendicular to the stacking direction X, parallel to the main plane P.
  • the openings 201 are made in the membrane electrode assembly (MEA) 200 to allow the circulation of reactive fluids through the MEA in the stacking direction X.
  • Each opening 201 extends one of the openings 101 of the cathode polar plate 100 in the stacking direction X. In other words, the openings 101 and 201 face each other in the stacking direction .
  • the central portion 203 of the MEA 200 faces the circulation field 103 and completely covers the circulation field 103 in the stacking direction 202.
  • the central portion 203 of the MEA 200 includes a membrane 204, which is a proton exchange polymer membrane.
  • the membrane 204 extends parallel to the main plane P, facing the circulation field 103 in the stacking direction X, and is substantially planar.
  • the membrane 204 is preferably coplanar with the peripheral portion 202.
  • the membrane 204 can be covered with a layer of catalyst on one of its faces or on its two faces parallel to the main plane P. As shown in Figure 2, the membrane 204 can possibly extend beyond the circulation field 103, particularly in the case where the central portion 203 overlaps part of the peripheral portion 202.
  • the MEA 200 advantageously comprises a holding frame 206 to support the membrane 204.
  • the holding frame 206 then forms the peripheral portion 202.
  • the holding frame 206 is preferably made up of two half-frames of identical shape which are intended to come into contact with each other. flat support against each other and which are, for example, made of polymer film, for example of poly(ethylene terephthalate), known by the abbreviation PET, or of poly(ethylene naphthalate), known under the abbreviation PEN. In the latter case, the two half-frames are for example assembled together by gluing. As shown in Figures 2, 3 and 5, to hold the membrane 204, the holding frame 206 can pinch in particular an external peripheral periphery of the membrane 204, in the stacking direction X. The holding frame 206 then encloses the entire part of the membrane 204 which overlaps the peripheral portion 202 in the stacking direction central through which the membrane 204 is accessible to the reactive fluid circulating in the circulation field.
  • the same membrane such as the membrane 204, forms both the central portion 203 and the peripheral portion 202.
  • the gas diffusion layer 205 extends parallel to the main plane P. It is interposed between the central portion 203 and the cathode polar plate 100, in the stacking direction X.
  • the gas diffusion layer 205 covers entirely the central portion 203, namely the membrane 204, and advantageously overflows onto the peripheral part 202, namely on the inner periphery of the holding frame 206 pinching the membrane 204.
  • the gas diffusion layer 205 is supported on the channel teeth 052 of the channels 105 in the stacking direction X, and resting against the membrane 204 in the opposite direction.
  • the gas diffusion layer 205 is advantageously formed of a porous material, and allows the cathodic reactive fluid to diffuse from the channels 105 to the membrane 204 when the cell 2 is in operation, and possibly to reaction products originating from of the membrane 204 to diffuse to the channels 105 to be evacuated.
  • Cell 2 comprises a first peripheral seal 300, which is interposed between the cathode polar plate 100 and the MEA 200, in the stacking direction X.
  • the peripheral seal 300 comprises a main part 301 and fins 302.
  • the first peripheral seal 300 can be formed on the cathode polar plate 100, for example by being overmolded on the cathode polar plate 100, as shown figure 1, but it can alternatively be formed on the MEA 200, or be formed separately from the cathode polar plate 100 and the MEA 200, then assembled with one or the other of the latter everywhere by well-known means of the professional.
  • the first peripheral seal 300 is ideally made of elastomeric material, for example silicone or ethylene-propylene-diene monomer (EPDM), and impermeable to the cathode fluid used in the fuel cell 1.
  • the first peripheral joint 300 comprises a main part 301, and at least one, preferably several, fins 302.
  • each of said several fins 302 is punctual, that is to say it is connected only to the main part 301 , without being connected to another fin 302 for example.
  • the fins 302 are at a distance from each other.
  • the main part 301 forms a closed loop which, in the present example, extends along the peripheral zone 102, all around the cathode polar plate 100.
  • the main part 301 extends in a loop closed along the peripheral portion 202 of the MEA 200, here along the holding frame 206, all around the peripheral portion 202.
  • the main part 301 is interposed between the peripheral zone 102 and the peripheral portion 202 according to the stacking direction In particular, the main part 301 surrounds the circulation field 103, the homogenization fields 104 if they are provided, the openings 101b serving this face of the cathode polar plate 100, or possibly all the openings 101 of the cathode polar plate 100.
  • the main part 301 also surrounds the gas diffusion layer 205, and the face of the membrane 204 turned, in the opposite direction to the stacking direction X, towards the cathode polar plate 100.
  • the main part 301 comprises two opposite internal longitudinal surfaces 303, each arranged transversely on either side of the circulation field 103, each internal longitudinal surface 303 extending over a portion of the main part 301 parallel to the longitudinal direction Y, being turned in the direction of the circulation field 103.
  • Each internal longitudinal surface 303 connects the peripheral zone 102 to the peripheral portion 202 in the stacking direction X.
  • the main part 301 of the first peripheral seal 300, the cathode polar plate 100 and the MEA 200 thus delimit a cathode compartment 40 between them.
  • the main part 301 ensures sealing of the cathode compartment 40 relative to outside the cell 2, in particular an external zone 3 located beyond the main part 301 of the first peripheral seal 300 opposite the cathode compartment 40.
  • Each bypass zone 50 is delimited, along the stacking direction gas diffusion layer 205 and on the other hand the main part 301 of the first peripheral seal 300, for a portion of this main part 301 which extends in the longitudinal direction Y.
  • Each bypass zone 50 extends, along the longitudinal direction Y, along the field 103, or even, from one homogenization field 104 to the other.
  • the circulation field 103 is arranged, in the transverse direction Z, between the two bypass zones 50.
  • each fin 302 closes a cross section of the bypass zone 50 which it occupies, the cross section being taken perpendicular to the longitudinal direction Y.
  • the fins 302 are distributed along the main part 301 of the first peripheral seal
  • Each fin 302 is attached to one of the internal longitudinal surfaces 303 of the main part
  • Each fin 302 extends from the internal longitudinal surface 303, generally in the transverse direction Z, towards an interior of the main part 301, in the direction of the circulation field 103.
  • the fins 302 can be formed in one piece with the main part 301.
  • Each fin 302 comprises, successively, from the main part 301, a junction part 304, an intermediate part 305 and an end part 306.
  • Each fin 302 is, in the examples illustrated, advantageously in the form of a low wall which has an elongation in the main plane P this elongation having a broken line profile, a curve, or a profile constituted by a combination of one or more rectilinear lines and/or one or more broken lines, and/or one or more curves.
  • each fin 302 in the form of a low wall preferably has at any point considered in its elongation, in cross section through a plane perpendicular to the elongation of the low wall at this point considered, a thickness along the longitudinal direction Y, also called width , and a thickness following the stacking direction X such that the thickness along the longitudinal direction Y is smaller than the thickness along the stacking direction length of the fin 302 in the transverse direction Z, or even over its entire length.
  • the thickness along the longitudinal direction Y is greater than the thickness along the stacking direction X, or varies depending on the point of elongation considered.
  • each of the junction parts 304, intermediate part 305 and end part 306 has the same width, that is to say the same thickness measured in the direction Y.
  • each of the fins 302 is of a thickness following the substantially constant Y direction. This makes it possible to minimize the material used to form the fins 302 and to guarantee the correct formation of the fins 302, in particular the continuity of material during the manufacturing process of the peripheral seal 300.
  • the fin 302 is connected to the main part 301 via the junction part 304, which extends from the internal longitudinal surface 303.
  • the fin 302 is attached to the main part 301 only via the junction part 304.
  • the junction part 304 is rectilinear and its projection on the main plane P is perpendicular to the longitudinal direction Y, that is to say parallel to the transverse direction Z.
  • the junction part 304 is interposed according to the stacking direction X between the peripheral zone 102 of the cathode polar plate 100 and the peripheral portion 202 of the MEA 200.
  • the intermediate part 305 of the fin 302 is attached to the junction part 304, extending it towards the field 103.
  • the intermediate part 305 is rectilinear and its projection on the main plane P is oblique with respect to to the main part 301, or even oblique with respect to the longitudinal direction Y.
  • the intermediate part 305 is interposed in the stacking direction .
  • a length of the junction part 304, projected in the plane P, is preferably less than the length of the intermediate part of the fin 302, for example representing less than 50%, preferably less than 30%, advantageously less than 10% of the length of the intermediate part 305.
  • the extremal part 306 of the fin 302 is attached to the intermediate part 305, extending it towards the field 103.
  • the extremal part 306 terminates the fin 302.
  • the extremal part 306 is rectilinear and its projection on the plan principal P is perpendicular to the longitudinal direction Y, that is to say is parallel to the transverse direction Z.
  • the intermediate 305 and end 306 parts are not attached to the main part 301 other than by the junction part 304.
  • At least one portion of the fin 302, called the contact portion 307 of the fin 302, belonging to the extremal part 306 and including the end of the fin 302, is interposed between the gas diffusion layer 205 and the peripheral zone 102 in the stacking direction X.
  • another portion of the extremal part 306, by which the end part 306 is attached to the intermediate part 305 is interposed between the peripheral zone 102 and the peripheral portion 202.
  • the end part 306 and the intermediate part 305 form between them an angle advantageously between 110 and 150 degrees, ideally 120 degrees.
  • the intermediate part 305 and the junction part 304 form an angle advantageously between 110 and 150 degrees, ideally 120 degrees.
  • each fin 302 has an extension trajectory forming a zigzag projecting in the plane P from the main part 301 towards the field 103.
  • the contact portion 307 of the fin 302 is elastically deformed, in compression along the stacking direction X, between the gas diffusion layer 205 and the peripheral zone 102. contact portion 307 being thus compressed, it has a thickness, measured in the stacking direction In the undeformed state of the fin 302, as shown in Figure 5, it can be expected that the portion 307 initially has the same thickness in the stacking direction X as the rest of the fin 302. This deformation. in compression of the contact portion 307 can also deform the intermediate part 305. As shown in section in Figure 3, the intermediate part 305 can take up this deformation of the extremal part 306 by twisting slightly.
  • the fact that the intermediate part 305 is oblique with respect to the longitudinal direction Y advantageously avoids transmitting the deformation to the junction part 304 and to the main part 301.
  • the particular orientation of the intermediate part 305 therefore prevents mechanical stresses, linked to the flattening of the contact zone 307 between the layer 205 and the peripheral zone 102, from being applied to the main part 301.
  • the anodic polar plate 100' is similar to the cathode plate 100, except for a few differences, the essentials of which are discussed below.
  • the 100' anodic polar plate extends parallel to a main plane P of cell 2, perpendicular to the stacking direction X, and is arranged beyond the MEA 200 opposite the cathode polar plate 100.
  • the anodic polar plate 100' is advantageously formed from the same material as the cathode polar plate 100 and comprises, like the cathode polar plate 100, a peripheral zone 102', similar to the peripheral zone 102, openings, similar to the openings 101, two homogenization fields, similar to fields 104, and a circulation field 103', similar to field 103.
  • the peripheral zone 102' extends over the entire circumference of the anodic polar plate 100', and borders the openings, the homogenization fields and the circulation field 103'.
  • the openings, the homogenization fields and the circulation field 103' of the anode polar plate 100' are arranged inside the peripheral zone 102'.
  • the peripheral zone 102' extends in a plane perpendicular to the stacking direction X, parallel to the main plane P.
  • each opening of the anodic polar plate 100' serves for the injection or evacuation of reactive fluid or cooling fluid, in correspondence with the openings 101.
  • the anode plate 100' are each connected to one of the openings 101 via one of the openings 201 of the MEA 200.
  • the circulation field 103' extends between the two homogenization fields of the plate 100' in the longitudinal direction Y.
  • Each channel 105' is delimited in depth along the stacking direction illustrated in the figures in a simplified manner, but most often presents a slightly rounded profile in section by a transverse plane containing the transverse direction Z.
  • the channel bottoms 1051' are , at least at their point of greatest depth of the channel 105' following the stacking direction, coplanar with the peripheral zone 102'.
  • the channel bottoms 105T project relative to the peripheral zone 102' in the stacking direction X.
  • Each channel 105' is also delimited by two channel teeth 1052', formed by the anodic polar plate 100', set back relative to the channel bottom 1051' in the stacking direction X.
  • the channel teeth 1052 ' are also set back from the peripheral zone 102' in the stacking direction X.
  • the channel teeth 1052' are substantially flat and parallel to the channel bottom 1051'.
  • the channel teeth 1052' have a slightly rounded profile in section by a transverse plane containing the transverse direction Z and the stacking direction X.
  • the channel teeth 1052' border the channel bottom 1051' along the length from the bottom of the channel 1051' in the longitudinal direction Y.
  • the channel bottom 1051' is continuously connected to each channel tooth 1052' by an inclined portion 1053' formed by the anodic polar plate 100'.
  • Channel 105’ is therefore also delimited by two inclined portions 1053’.
  • each homogenization field of the anodic polar plate 100' is arranged between the circulation field 103' and the openings of the anodic polar plate 100' in the longitudinal direction Y and may include channels, for example in a fan.
  • the first homogenization field makes it possible to distribute the reactive fluid coming from one of the openings of the anodic polar plate 100' so that it circulates in the circulation field 103' and the second homogenization field makes it possible to evacuate the reactive fluid distributed over the entire circulation field 103' up to another opening.
  • the field 103 of the cathode polar plate 100 was supplied with cathodic reactive fluid, namely air or oxygen, through the openings 101 b
  • the field 103' is supplied with anodic reactive fluid, for example hydrogen, through the openings in the anodic polar plate 100' corresponding to the openings 101 a.
  • the outline of the other openings of the anodic polar plate 100', corresponding to the openings 101 b and 101c, are sealed so that only the anodic reactive fluid can circulate in the circulation field 103'.
  • the MEA 200 comprises another gas diffusion layer 205', which extends parallel to the main plane P. It is interposed between the central portion 203 of the MEA 200 and the anodic polar plate 100', following the stacking direction X. The central portion 203 of the MEA 200 is therefore interposed, in the stacking direction X, between the two gas diffusion layers 205 and 205'.
  • the layer 205' completely covers the central portion 203 of the MEA 200, namely the membrane 204, and advantageously extends onto the peripheral part 202, namely on the inner periphery of the frame. holding 206 pinching the membrane 204.
  • the gas diffusion layer 205' is supported on the channel teeth 1052' of the channels 105' in the direction opposite to the stacking direction gas 205' is advantageously formed of a porous material, and allows the anodic reactive fluid to diffuse from the channels 105' to the membrane 204 when the cell 2 is in operation, and possibly to reaction products coming from the membrane 204 to broadcast up to channels 105 'to be evacuated.
  • the cell 2 comprises a second peripheral seal 300', preferably similar to the seal 300, and which is interposed between the anodic polar plate 100' and the MEA 200, in the stacking direction X.
  • the peripheral seal 300' comprises a main part 301' and fins 302', similar to the main part 301 and the fins 302.
  • the second peripheral seal 300' can be formed on the anodic polar plate 100', for example by being overmolded on the anodic polar plate 100', but it can alternatively be formed on the MEA 200, or be formed separately from the anodic polar plate 100' and the MEA 200.
  • the seal 300' is ideally made of elastomeric material, and impermeable to the anodic fluid used in the fuel cell 1.
  • the main part 30T of the second peripheral seal 300' forms a closed loop which, in the present example, extends along the peripheral zone 102', all around the anodic polar plate 100'.
  • the main part 30T extends in a closed loop along the peripheral portion 202 of the MEA 200, here along the holding frame 206, over the entire circumference of the peripheral portion 202.
  • the main part 30T is interposed between the peripheral zone 102' and the peripheral portion 202 in the stacking direction periphery.
  • the main part 30T surrounds the circulation field 103', the homogenization fields of the anodic polar plate 100' if they are provided, the openings serving this face of the anodic polar plate 100' in anodic fluid, otherwise all openings of the anodic polar plate 100'.
  • the main part 301' also surrounds the gas diffusion layer 205', and the face of the membrane 204' turned in the direction of the stacking direction on a portion of the main part 30T parallel to the longitudinal direction Y, being turned towards the circulation field 103'.
  • Each internal longitudinal surface 303' connects the peripheral zone 102' to the peripheral portion 202 in the stacking direction X.
  • the main part 301' of the second peripheral seal 300', the anodic polar plate 100' and the MEA 200 thus delimit an anode compartment 40' between them.
  • the main part 301' of the second peripheral seal 300' ensures sealing of the anode compartment 40' with respect to the exterior of cell 2, in particular the external zone 3.
  • Each bypass zone 50' is delimited, along the stacking direction ' and the gas diffusion layer 205' and on the other hand the main part 30T of the second peripheral seal 300', for a portion of this main part 30T which extends in the longitudinal direction Y.
  • Each bypass zone 50' extends, in the longitudinal direction Y, along the field 103'.
  • the circulation field 103' extends between the two bypass zones 50' in the transverse direction Z.
  • each fin 302' closes a cross section of the bypass zone 50' which it occupies, the cross section being taken perpendicular to the longitudinal direction Y.
  • the fins 302' are distributed along the main part 301' of the second peripheral seal 300', in one or the other, or both, anodic bypass zones 50'.
  • Each fin 302' is attached to one of the internal longitudinal surfaces 303' of the main part 301' of the second peripheral seal 300'.
  • Each fin 302' extends from the internal longitudinal surface 303', generally in the transverse direction Z, and in the direction of the circulation field 103'.
  • the fins 302' can be formed in one piece with the main part 30T.
  • Each fin 302' comprises, successively from the main part 301', a junction part 304', an intermediate part 305' and an end part 306.
  • Each fin 302' is, in the examples illustrated, advantageously in the shape of a low wall which has an elongation in the main plane P, this elongation having a broken line profile, a curve, or a profile constituted by a combination of one or several rectilinear lines and/or one or more broken lines, and/or one or more curves.
  • each fin in the form of a low wall preferably has at any point considered in its elongation, in cross section through a plane perpendicular to the elongation of the low wall at this point considered, a thickness along the longitudinal direction Y, also called width, and a thickness along the stacking direction X such that the thickness along the longitudinal direction Y is smaller than the thickness along the stacking direction the MEA 200' over at least part of the length of the fin 302' in the transverse direction Z, or even over its entire length.
  • the thickness along the longitudinal direction Y is greater than the thickness along the stacking direction X, or varies depending on the point of elongation considered.
  • each of the junction parts 304', intermediate part 305' and end part 306' has the same width, that is to say the same thickness measured in the direction Y.
  • each of the fins 302' is of a thickness along the Y direction which is substantially constant. This makes it possible to minimize the material used to form the fins 302' and to guarantee the correct formation of the fins 302', in particular the continuity of material during the manufacturing process of the peripheral seal 300'.
  • the fin 302' is connected to the main part 301' via the junction part 304', which extends from the internal longitudinal surface 303'.
  • the junction part 304' is rectilinear and its projection on the main plane P is perpendicular to the longitudinal direction Y, that is to say parallel to the transverse direction Z.
  • the junction part 304' is interposed in the stacking direction X between the peripheral zone 102' of the anodic polar plate 100' and the peripheral portion 202 of the MEA 200.
  • the intermediate part 305' of the fin 302' is attached to the junction part 304', extending it towards the field 103'.
  • the intermediate part 305' is rectilinear and its projection on the main plane P is oblique with respect to the longitudinal direction Y.
  • the intermediate part 305' is interposed in the stacking direction X between the peripheral zone 102' of the anodic polar plate 100' and the peripheral portion 202 of the MEA 200.
  • a length of the junction part 304', projected in the plane P, is preferably less than the length of the intermediate part of the fin 302, for example representing less than 50%, preferably less than 30%, advantageously less of 10% of the length of the intermediate part 305.
  • the end part 306' of the fin 302' is attached to the intermediate part 305', extending it towards the field 103'.
  • the extremal part 306' ends the fin 302'.
  • the extremal part 306' is rectilinear and its projection on the main plane P is perpendicular to the longitudinal direction Y, that is to say it is parallel to the transverse direction Z.
  • At least a portion of the fin 302' belonging to the extremal part 306' of the fin 302' and including the end of the fin 302', is interposed between the diffusion layer of gas 205' and the peripheral zone 102' in the stacking direction peripheral zone 102' and the peripheral portion 202.
  • the end part 306' and the intermediate part 305' form an angle advantageously between 110 degrees and, ideally, 120 degrees.
  • the intermediate part 305' and the junction part 304' form an angle advantageously between 110 and 150 degrees, ideally 120 degrees.
  • each fin 302' has an extension trajectory forming a zigzag projecting in the plane P from the main part 301' towards the circulation field 103'.
  • the contact portion 307' of the fin 302' is elastically deformed, in compression along the stacking direction X, between the gas diffusion layer 205' and the peripheral zone 102'.
  • This compressive deformation of the contact portion 307' can also deform the intermediate part 305'.
  • the intermediate part 305' can take up this deformation of the extremal part 306' by twisting slightly.
  • the fact that the intermediate part 305' is oblique with respect to the longitudinal direction Y advantageously avoids transmitting the deformation to the junction part 304' and to the main part 301'.
  • the particular orientation of the intermediate part 305' therefore prevents mechanical stresses, linked to the flattening of the contact zone 307' between the layer 205' and the peripheral zone 102', from being applied to the main part 301'.
  • the same cell 2 is also shown in an unassembled state in the figure 5.
  • the end parts 306 and 306' of the joints 300 and 300' are not compressed in the stacking direction X between the gas diffusion layer 205 and the peripheral zone 102 and between the gas diffusion layer 205' and the peripheral zone 102' respectively.
  • the thickness of the contact portions 307 and 307' is identical to the rest of the fins 302 and 302'.
  • Figure 5 also illustrates the case where the joints 300 and 300' are integral with the plates 100 and 100' respectively, rather than with the MEA 200.
  • bipolar plate 10 As shown in Figure 2, several cells 2 are superimposed one on top of the other in the stacking direction of the next cell 2 in the stacking direction 2 adjacent, thus superimposed, form a bipolar plate 10.
  • the plates 100 and 100' of the bipolar plate 10 are fixed together, for example by being welded or glued together.
  • the peripheral zones 102 and 102' bear against each other in the stacking direction X. If necessary, welding or bonding can be carried out along said peripheral zones 102 and 102', all around the bipolar plate 10.
  • the plates 100 and 100' of the bipolar plate 10 delimit between them, in the stacking direction of the bipolar plate 10, for circulation of cooling fluid.
  • welding or bonding between the peripheral zones 102 and 102' ensures a seal between the circulation field 13 and the exterior of the bipolar plate 10, forming a closed loop surrounding the circulation field 13.
  • the circulation field 13 is supplied with cooling fluid through one of the openings 101 of the plates 100 and 100', here one of the openings 101 c.
  • the cooling fluid is discharged through the other opening 101c.
  • the other openings 101a and 101b are tightly closed with respect to the circulation field 13, so that reactive fluid cannot be admitted. in the circulation field 13.
  • the cooling fluid circulates from one opening 101c to the other in the longitudinal direction Y, via the circulation field 13.
  • Figures 6 and 7 illustrate a second embodiment, identical to the first embodiment illustrated in Figures 1 to 5, except for the differences indicated below.
  • identical reference signs are used to designate identical characteristics between the two embodiments.
  • reference signs increased by 200 are used to designate characteristics corresponding to those described for Figures 1 and 5, but which present differences.
  • the following description focuses on the differences of the embodiment of Figures 6 and 7 compared to that of Figures 1 to 5, and does not describe in detail again the identical characteristics, or based on the same principles.
  • the peripheral portion 202 of the MEA 200 is advantageously replaced by a peripheral portion 402.
  • the peripheral portion 402 is preferably not formed by a holding frame, but by a peripheral continuation 406 which extends the membrane 204 parallel to the plane P.
  • the peripheral continuation 406 and the membrane 204 preferably form a single membrane, in one piece, said membrane forming both the central portion 203 and the peripheral portion 202 of the MEA 200.
  • a first peripheral seal 500 replaces the first seal peripheral 300.
  • the first peripheral seal 500 comprises the same main part 301 as that of the seal 300.
  • the fins 302 of the seal 300 are replaced by fins 502 for the seal 500.
  • Each fin 502 comprises the same junction part 304 than the fin 302, the same intermediate part 305 as the fin 302, and comprises an extremal part 506 which replaces the extremal part 306 of the fin 302.
  • the end part 506 is interposed between the gas diffusion layer 205 and the peripheral continuation 406 on the one hand, and the peripheral zone 102 on the other hand, in the stacking direction extremal part 506 is attached to the intermediate part 305.
  • the extremal part 506 is rectilinear. Unlike the extremal part 306, the projection of the extremal part 506 on the main plane P is diagonal with respect to the longitudinal direction Y such that the extremal part 506 extends the intermediate part 305 while being in alignment with the part intermediate 305.
  • the assembly composed of the intermediate part 305 and the extremal part 506 is rectilinear and its projection on the main plane P is diagonal with respect to the longitudinal direction Y.
  • the extremal part 506 comprises a contact portion 507.
  • the contact portion 507 corresponds to the portion of the extremal part 506 interposed between the gas diffusion layer 205 and the peripheral zone 102 in the stacking direction X.
  • each fin 502 has an extension trajectory substantially forming a comma from the main part 301 towards the field 103.
  • a second peripheral seal 500' preferentially replaces the second peripheral seal 300'.
  • the peripheral seal 500' comprises the same main part 301' as that of the seal 300'.
  • the fins 302' of the joint 300' are replaced by fins 502' for the joint 500'.
  • a fin 502' comprises the same junction part 304' as the fin 302', the same intermediate part 305' as the fin 302', and comprises an end part 506' which replaces the end part 306' of the fin 302'.
  • the same characteristics as those described above for parts 304, 305, 506 and 507 of fin 502 apply mutatis mutandis to parts 304', 305', 506' and 507' of fin 502'.
  • the anodic 100' and cathode 100 polar plates are identical to those provided in Figures 1 to 5, or of similar construction, except in that, instead of being fixed one to each other by welding or gluing, they rest against each other in the stacking direction X without being fixed to each other.
  • the plates 100 and 100' of Figures 6 and 7, belonging respectively to two adjacent cells 2 are supported against each other via a plate joint 211, which is interposed, in the stacking direction X, between the plates 100' and 100 belonging respectively to two adjacent cells.
  • the plate seal 211 comprises a main part 212, which is interposed between the peripheral zones 102 and 102' in the stacking direction between the circulation field 13 and the exterior of a bipolar plate 210 formed by the plate 100, the plate 100' and the plate joint 211.
  • the joint 21 1 also comprises fins 213, which extend from the main part 212 towards the field 13, in the transverse direction Z, the fins 213 being arranged between the plates 100 and 100' in the stacking direction peripherals 102 and 102 ', thus improving cooling efficiency.
  • Figure 8 illustrates a third embodiment, identical to the first embodiment illustrated in Figures 1 to 5, except for the differences indicated below.
  • identical reference signs are used to designate characteristics identical to those described previously.
  • reference signs increased by 400 are used to designate characteristics corresponding to those described for Figures 1 and 5, but which present differences.
  • the following description focuses on the differences of the embodiment of Figure 8 compared to that of Figures 1 to 5, and does not describe in detail again the identical characteristics, or based on the same principles.
  • first peripheral seal 300 is replaced by a first peripheral seal 700, which comprises a main part 301 identical to that of the seal 300 and fins 702 replacing the fins 302.
  • Each fin 702 has a junction part 704, replacing the junction part 304, an intermediate part 305, identical to that of the fin 302, and an extremal part 306, identical to that of the fin 302.
  • the junction part 704 extends from the main part 301 from the internal longitudinal surface 303.
  • the joining part 704 is rectilinear.
  • the projection of the junction part 704 on the main plane P is diagonal with respect to the longitudinal direction Y.
  • the intermediate part 305 is attached to the junction part 704 and is aligned with the junction part 704.
  • the assembly composed of the junction part 704 and the intermediate part 305 is rectilinear and its projection on the main plane P is diagonal with respect to the longitudinal direction Y.
  • Figures 9 and 10 illustrate a fourth embodiment, identical to the first embodiment illustrated in Figures 1 to 5, except for the differences indicated below.
  • identical reference signs are used to designate characteristics identical to those described previously. The following description focuses on the differences of the embodiment of Figures 9 and 10 compared to that of Figures 1 to 5, and does not describe in detail again the identical characteristics, or based on the same principles.
  • the peripheral portion 202 of the MEA 200 is replaced by the peripheral portion 402, with the peripheral continuation 406, as described for the embodiment of Figures 6 and 7.
  • the anodic 100' and cathode 100 polar plates are identical to those provided in Figures 1 to 5, or of similar construction, except in that, two anodic 100' and cathode 100 polar plates belonging respectively to two adjacent cells, instead of being fixed to one another by welding, they are supported one against the the other following the stacking direction
  • Figure 11 illustrates a fifth embodiment, identical to the first embodiment illustrated in Figures 1 to 5, except for the differences indicated below.
  • identical reference signs are used to designate characteristics identical to those described previously.
  • reference signs increased by 600 are used to designate characteristics corresponding to those described for Figures 1 and 5, but which present differences.
  • the following description focuses on the differences of the embodiment of Figure 1 1 compared to that of Figures 1 to 5, and does not describe in detail again the identical characteristics, or based on the same principles.
  • the seal 300 is replaced by the seal 900, which comprises a main part 301 identical to that of the seal 300.
  • the wings 302 are replaced by fins 902.
  • the fin 902 comprises a junction part 904, replacing the junction part 304, an intermediate part 905, replacing the intermediate part 305, and an end part 906, replacing the end part 306.
  • fin 902 snakes along an axis parallel to the transverse direction Z.
  • the fin 902 is attached to the internal longitudinal surface 303 of the main part 301 via the junction part 904.
  • the junction part 904 is curved and its projection on the plane main P is curved with respect to the longitudinal direction Y. At least one portion of the junction part 904 is therefore oblique with respect to the main part 301, projecting into the plane P.
  • the intermediate part 905 is attached to the junction part 904. Instead of being rectilinear like the intermediate part 305, the intermediate part 905 is curved and its projection on the main plane P is curved.
  • the intermediate part 905 is oblique by relative to the main part 301, projecting in the plane P, being preferably directed along a reverse oblique relative to the junction part 904.
  • the end part 906 is attached to the intermediate part 905 and completes the fin 302.
  • the end part 906 is interposed between the gas diffusion layer 205 and the holding frame 206 on the one hand, and the peripheral zone 102 on the other. on the other hand according to the stacking direction with respect to the main part 301, in projection in the plane P, being preferably directed along a reverse oblique relative to the intermediate part 905.
  • the end part 906 includes a contact portion 907, which can be compared to the contact portion 307 described above.
  • the contact portion 907 corresponds to the portion of the extremal part 906 interposed between the gas diffusion layer 205 and the peripheral zone 102 in the stacking direction X.
  • Figures 12 and 13 illustrate a sixth embodiment, identical to the fourth embodiment illustrated in Figures 9 and 10 except for the differences indicated below.
  • identical reference signs are used to designate characteristics identical to those described previously.
  • reference signs increased by 800 are used to designate characteristics corresponding to those described for Figures 1 and 5, but which present differences.
  • the following description focuses on the differences of the embodiment of Figures 12 and 13 compared to that of Figures 9 and 10, and does not describe in detail again the identical characteristics, or based on the same principles.
  • the first peripheral seal 300 is replaced by a first peripheral seal 1100.
  • the first peripheral seal 1100 comprises a main part 301 identical to that described previously.
  • the joint 1100 comprises fins 1102, replacing the fins 302.
  • the fin 1102 has a junction part 1104, replacing the junction part 304, an intermediate part 305 identical to that of the fin 302 and an extremal part 306 identical to that of fin 302.
  • the junction part 1104 differs from the junction part 304 only in that it includes an opening 1105, in the form of a notch in the fin 1102, which separates the junction part 304 from the peripheral portion 402. To form this opening 1105, the thickness of the junction part 1104 measured in the stacking direction X is less than the thickness measured in the stacking direction reaction or condensation which could form between the successive fins 1102.
  • the second peripheral seal 300' is replaced by a peripheral seal 1100'.
  • the peripheral joint 1100' comprises a main part 30T identical to that described previously.
  • the peripheral seal 1100' includes fins 1102', replacing fins 302'.
  • the fin 1102' has a junction part 1104', replacing the junction part 304', an intermediate part 305' identical to that of the fin 302' and an end part 306' identical to that of the fin 302' .
  • the junction part 1104' forms an opening 1105', according to the same principle as the opening 1105 the junction part 1104.
  • Figure 14 illustrates a seventh embodiment, identical to the embodiment of Figures 12 and 13 except for the differences described below. For the figure
  • peripheral seal 1100' is replaced by the peripheral seal 700 of Figure 8
  • plate seal 21 1 is replaced by a plate seal 41 1.
  • the plate seal 41 1 comprises a main part 212, identical to that of the seal 21 1. Similar to the seal 21 1, the seal 411 also includes fins 413, replacing the fins 213. The fins 413 differ from the fins 213 in that they include a notch 414, to allow circulation of cooling fluid through the fin 413, according to the same principle as the opening 1105.
  • FIG. 15 illustrates an eighth embodiment, identical to the first embodiment of Figures 1 to 5, except for the differences described below.
  • Figure 15 illustrates an eighth embodiment, identical to the first embodiment of Figures 1 to 5, except for the differences described below.
  • the embodiment of Figure 15 provides a dam 310, which extends parallel to the main part 301 of the joint 300, i.e. that is to say parallel to the longitudinal direction Y.
  • the dam 310 is interposed, in the stacking direction circulation field 103 and the seal 300.
  • the dam 310 advantageously connects all or part of the fins 302 to each other, the respective end part 306 of each fin 302 or at least of several fins 302, being attached to the dam 310.
  • the dam 310 is made of the same material as the seal 300, so that it can be formed at the same time, with the same material and/or to come from the same material as the seal 300.
  • the dike 310 bordering the circulation field 103 it aims to delimit a channel 295, which, preferably, is added to the channels 105 and which has the same function as these channels 105.
  • the channel 295 is delimited, in the direction d stack of the cathode polar plate 100, and by the dam 310, which is adjacent and parallel to this channel tooth 1052, which can be called the last channel tooth.
  • the additional channel 295 is therefore preferably provided to also conduct the circulation of reactive fluid opposite the active zone of the MEA 200, which is the central portion 203 of the MEA 200 over the extent of which the membrane 204 is accessible to the reactive fluid circulating in the circulation field.
  • the presence of the dam 310 makes it possible to simplify the production of one or more fins 302 attached to the dam 310, therefore which extend transversely over the entire transverse dimension between the main part 301 of the peripheral seal 300 and this dam 310, therefore across the entire bypass zone 40 to form an additional channel, here channel 295, to conduct the circulation of reactive fluid.
  • Such an embodiment is particularly advantageous if the channel teeth 1052 of the circulation field 103 are produced by stamping the cathode polar plate 100, the latter being made of metal. Indeed in this case, it can be complex to produce fins 302 in molded polymer material, in particular with the same material and the same manufacturing process as the peripheral seal 300, which come into contact with the last tooth in pressed metal.
  • the presence of the dam 310 allows the last channel tooth of the active zone, instead of being stamped, to be formed by a tooth of the same material as the peripheral seal 300 and the fins 302 so that they form one.
  • the dike 310 is located, in the stacking direction channel 295 faces the central portion 203.
  • the dam 310 is offset towards the interior of the cell relative to the interior periphery of the frame 206, where the frame 206 pinches the membrane 204.
  • Figures 16 and 17 illustrate a ninth embodiment, identical to the eighth embodiment of Figure 15 except for the differences described below.
  • the dike 310 is offset in the transverse direction Z towards the outside of cell 2 relative to the dike 310 of Figure 15.
  • the dike 310 of Figures 16 and 17 faces, in the stacking direction the channel 295 faces a part of the central portion 203 which runs directly along the frame 206.
  • the channel 295 delimited by the dike 310 is not necessarily of the same size as a channel 103 and, in particular in the case of Figures, 16 and 17, we can seek to minimize its size, in particular in the transverse direction Z.
  • the fins of the first peripheral seal 300, 500, 700, 900, 1100 may not be facing the fins of the second peripheral seal 300', 500', 1100', but offset relative to each other. according to the longitudinal direction Y.
  • the same first peripheral seal 300, 500, 700, 900, 1100 or second peripheral seal 300', 500', 1100' may include fins of different shapes, and a first peripheral seal 300, 500, 700, 900, 1100 may have different fins from a second peripheral seal 300', 500', 1100'.
  • any characteristic described for one of the above embodiments or variants can be implemented in the other embodiments and variants described above.
  • any fin and any main part of a peripheral seal or a plate seal can be implemented in any other peripheral or plate seal described above.
  • the 310 dam can be applied to any perimeter or plate joint described above.
  • a fin can include both curved and rectilinear parts.

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Abstract

Cellule (2), pour une pile à combustible (1) comprenant une première plaque polaire (100), la première plaque polaire comprenant une zone périphérique (102), un assemblage membrane-électrode (200), superposé à la première plaque polaire et comprenant une portion périphérique (202) et au moins une couche de diffusion de gaz (205) interposée entre une membrane polymère échangeuse de protons (204) et la première plaque polaire, et un premier joint périphérique (300) assurant une étanchéité au fluide réactif entre d'une part une zone de bipasse (50) de la cellule et d'autre part une zone externe (3) à la cellule, comprenant une partie principale (301) et au moins une ailette (302) s'étendant dans la zone de bipasse, caractérisée en ce que l'ailette comprend en outre une partie extrémale (306), interposée entre la couche de diffusion de gaz et la zone périphérique, et une partie intermédiaire (305) oblique par rapport à la partie principale.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Cellule pour pile à combustible et pile à combustible comprenant une telle cellule
La présente invention concerne une cellule pour pile à combustible et une pile à combustible comprenant une telle cellule.
US8003273B2 décrit une cellule à combustible, et au moins un organe d’étanchéification pour une telle cellule. La cellule comprend un assemblage membrane- électrode comprenant une couche de diffusion de gaz, deux plaques séparatrices de part et d’autre de l’assemblage membrane-électrode, chaque plaque comprenant une zone de circulation avec des canaux de circulation de gaz. Chaque organe d’étanchéification s’étend depuis une surface interne d’un joint annulaire et s’étend entre une plaque séparatrice et une membrane électrolytique, est en contact avec une surface de l’assemblage membrane électrode, et est notamment en contact avec la couche de diffusion de gaz, limitant ainsi la circulation de gaz dans une zone de bipasse. La zone de bipasse est souvent désignée par l’anglicisme « zone de bypass ». Il peut s’avérer souhaitable de limiter la circulation de gaz dans la zone de bipasse car le gaz contourne alors la zone de circulation sans réagir, ce qui diminue l’efficacité de la cellule.
Dans cette cellule connue, le joint est interposé entre une zone périphérique de la plaque séparatrice et l’assemblage membrane électrode. La zone périphérique est à la même hauteur que la zone de circulation, alors que le canal de circulation de gaz est un sillon formé en creux sur la plaque séparatrice. Cependant, il peut être plus avantageux de prévoir une plaque séparatrice en tôle emboutie, qui peut impliquer que la zone de bipasse s’étend en partie sous la couche de diffusion de gaz. Dans ce cas, le joint de la cellule connue peut ne pas bloquer la circulation de gaz dans la zone de bipasse de façon suffisamment efficace.
Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients expliqués ci- dessus, en proposant un joint périphérique qui bloque plus efficacement la circulation de gaz.
A cet effet, l’invention a pour objet un joint périphérique pour une cellule pour une pile à combustible, le joint périphérique comprenant :
• une partie principale, étant configurée pour être interposée, suivant une direction d’empilement de la pile à combustible, entre : ♦ une zone périphérique appartenant à une plaque polaire de la cellule, la plaque polaire s’étendant parallèlement à un plan principal de la cellule, le plan principal étant perpendiculaire à la direction d’empilement, la plaque polaire comprenant un champ de circulation d’un fluide réactif, entouré par la zone périphérique, et
♦ une portion périphérique appartenant à un assemblage membrane électrode, l’assemblage membrane-électrode comprenant en outre au moins une couche de diffusion de gaz,
• au moins une ailette comprenant une partie de jonction, par l’intermédiaire de laquelle l’ailette est rattachée à la partie principale.
Selon l’invention, ladite au moins une ailette comprend en outre :
• une partie extrémale terminant l’ailette, configurée pour être interposée, selon la direction d’empilement, entre la couche de diffusion de gaz et la zone périphérique , et
• une partie intermédiaire, reliant la partie de jonction à la partie extrémale, la partie intermédiaire étant configurée pour être oblique par rapport à la partie principale du joint périphérique, en projection dans le plan principal.
Une idée à la base de l’invention est de bloquer la circulation du fluide réactif entre la couche de diffusion de gaz et la zone périphérique de la plaque polaire en interposant l’ailette, ici la partie extrémale de l’ailette entre la couche de diffusion de gaz et la zone périphérique. Ainsi, l’ailette peut bloquer la circulation de fluide réactif y compris lorsqu’il circule en partie sous la couche de diffusion de gaz, permettant d’augmenter la proportion de fluide réactif dans le champ de circulation, et donc d’améliorer le rendement de la pile. De plus, la partie intermédiaire de l’ailette étant oblique par rapport à la partie principale, cela permet de réduire le risque d’une déformation transversale de la partie principale du premier joint périphérique sous un effet de traction par l’ailette, en dépit du fait que la partie extrémale de l’ailette est interposée, en étant éventuellement compressée, entre la couche de diffusion de gaz et la zone périphérique de la plaque polaire. En particulier, un effort de traction primaire généré par la compression de la partie extrémale par la couche de diffusion de gaz est converti au niveau de la partie intermédiaire en effort de torsion et/ou de flexion, qui déforme la partie intermédiaire. La partie principale est ainsi soumise à un effort résultant très inférieur à l’effort de traction primaire, l’effort résultant n’étant pas suffisant pour déformer la partie principale ou ne déformant que légèrement la partie principale. L’étanchéité du premier joint périphérique vis-à-vis de l’extérieur de l’empilement est alors assurée, permettant le bon fonctionnement de la cellule.
Le joint périphérique peut comprendre les caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible :
Le joint périphérique comprend plusieurs ailettes, chaque ailette étant reliée à la partie principale uniquement par l’intermédiaire de la partie de jonction.
La partie de jonction est configurée pour s’étendre perpendiculairement à la partie principale, en projection dans le plan principal.
La partie extrémale est configurée pour s’étendre perpendiculairement à la partie principale, en projection dans le plan principal.
- Au moins une partie, parmi la partie extrémale, la partie intermédiaire et la partie de jonction, est configurée pour être rectiligne, en projection dans le plan principal.
Une partie de l’ailette est configurée pour être courbe, en projection dans le plan principal.
La partie de jonction comporte une ouverture permettant une circulation de fluide au travers de l’ailette.
La partie principale du joint périphérique et l’ailette sont formées d’un seul tenant.
Le joint périphérique comprend en outre une digue qui est parallèle à la partie principale, qui relie les parties extrémales de plusieurs ailettes, la digue étant formée d’un seul tenant avec le premier joint périphérique, et qui est configurée pour être interposée selon la direction d’empilement entre la couche de diffusion de gaz et la plaque polaire.
La présente invention a également pour objet une cellule, pour une pile à combustible, comprenant une plaque polaire et un joint périphérique, la plaque polaire comprenant :
• la zone périphérique, et
• le champ de circulation du fluide réactif, entouré par la zone périphérique.
La cellule peut comprendre les caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible :
La cellule comprend en outre : • l’assemblage membrane-électrode, s’étendant parallèlement au plan principal de la cellule, superposé à la première plaque polaire selon la direction d’empilement, et comprenant :
♦ la portion périphérique, en regard de la zone périphérique suivant la direction d’empilement,
♦ une portion centrale comprenant une membrane polymère échangeuse de protons, encadrée par la portion périphérique, et
♦ ladite au moins une couche de diffusion de gaz interposée, selon la direction d’empilement, entre la membrane polymère échangeuse de protons et la plaque polaire, le joint périphérique assurant une étanchéité au fluide réactif entre d’une part une zone de bipasse de la cellule délimitée à l’intérieur de la cellule, entre la portion périphérique de l’assemblage membrane-électrode et la zone périphérique, et d’autre part une zone externe à la cellule par-delà la partie principale vis-à-vis de la zone de bipasse, et ladite au moins une ailette s’étendant dans la zone de bipasse.
Une portion de contact de la partie extrémale est comprimée entre la couche de diffusion de gaz et la zone périphérique
Le champ de circulation délimite une pluralité de canaux, pour la circulation du fluide réactif, les canaux s’étendant selon une direction longitudinale perpendiculaire à la direction d’empilement, chaque canal étant délimité par :
• un fond de canal, appartenant au champ de circulation, et s’étendant parallèlement à la direction longitudinale, et
• deux dents de canal, appartenant au champ de circulation, et s’étendant parallèlement à la direction longitudinale, les dents de canal étant agencées de part et d’autre du fond de canal, en saillie par rapport au fond de canal, chaque dent de canal étant en contact avec la couche de diffusion de gaz dans la direction d’empilement.
Les dents de canal sont en outre en saillie par rapport à la zone périphérique dans la direction d’empilement.
La présente invention a également pour objet une pile à combustible comprenant des cellules, au moins une desdites cellules étant telle que décrite ci-dessus, les cellules étant empilées suivant la direction d’empilement pour constituer un empilement.
La présente invention a également pour but de remédier aux inconvénients de l’art antérieur mentionné ci-avant en proposant une nouvelle cellule pour pile à combustible, qui, tout en ayant une zone de bipasse qui s’étend sous la couche de diffusion de gaz, présente un rendement amélioré sans préjudice à l’étanchéité de la cellule vis-à-vis de l’extérieur.
A cet effet, la présente invention concerne également une cellule, pour une pile à combustible, la cellule comprenant une première plaque polaire s’étendant parallèlement à un plan principal de la cellule, le plan principal étant perpendiculaire à une direction d’empilement de la pile à combustible, la première plaque polaire comprenant une zone périphérique et un champ de circulation d’un fluide réactif, entouré par la zone périphérique. La cellule comprend de plus un assemblage membrane-électrode, s’étendant parallèlement au plan principal de la cellule, superposé à la première plaque polaire selon la direction d’empilement, et comprenant une portion périphérique, en regard de la zone périphérique suivant la direction d’empilement, une portion centrale comprenant une membrane polymère échangeuse de protons, encadrée par la portion périphérique et au moins une couche de diffusion de gaz interposée , selon la direction d’empilement, entre la membrane polymère échangeuse de protons et la première plaque polaire. La cellule comprend également un premier joint périphérique, comprenant une partie principale interposée, selon la direction d’empilement, entre la zone périphérique et la portion périphérique de l’assemblage membrane-électrode, le premier joint périphérique assurant une étanchéité au fluide réactif entre d’une part une zone de bipasse de la cellule délimitée à l’intérieur de la cellule, entre la portion périphérique de l’assemblage membrane-électrode et la zone périphérique, et d’autre part une zone externe à la cellule par-delà la partie principale vis- à-vis de la zone de bipasse et au moins une ailette s’étendant dans la zone de bipasse, comprenant une partie de jonction, par l’intermédiaire de laquelle l’ailette est rattachée à la partie principale. L’ailette comprend en outre une partie extrémale, interposée, selon la direction d’empilement, entre la couche de diffusion de gaz et la zone périphérique, et une partie intermédiaire, reliant la partie de jonction à la partie extrémale, la partie intermédiaire étant oblique par rapport à la partie principale du premier joint périphérique, en projection dans le plan principal.
Une idée à la base de cette cellule est de bloquer la circulation du fluide réactif entre la couche de diffusion de gaz et la zone périphérique de la plaque polaire en interposant l’ailette entre la couche de diffusion de gaz et la zone périphérique. Ainsi, l’ailette peut bloquer la circulation de fluide réactif y compris lorsque la zone de bipasse s’étend en partie sous la couche de diffusion de gaz, permettant d’augmenter la proportion de fluide réactif dans le champ de circulation, et donc d’améliorer le rendement de la pile. De plus, la partie intermédiaire de l’ailette étant oblique par rapport à la partie principale, cela permet de réduire le risque d’une déformation transversale de la partie principale du premier joint périphérique sous un effet de traction par l’ailette, en dépit du fait que la partie extrémale de l’ailette est interposée, en étant éventuellement compressée, entre la couche de diffusion de gaz et la zone périphérique de la plaque polaire. En particulier, un effort de traction primaire généré par la compression de la partie extrémale par la couche de diffusion de gaz est converti au niveau de la partie oblique en effort de torsion et/ou de flexion, qui déforme la partie oblique. La partie principale est ainsi soumise à un effort résultant très inférieur à l’effort de traction primaire, l’effort résultant n’étant pas suffisant pour déformer la partie principale ou ne déformant que légèrement la partie principale. L’étanchéité du premier joint périphérique vis-à-vis de l’extérieur de l’empilement est alors assurée, permettant le bon fonctionnement de la cellule.
La cellule de la présente divulgation peut comprendre les caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible :
- La partie de jonction s’étend perpendiculairement à la partie principale du premier joint périphérique, en projection dans le plan principal.
- La partie extrémale s’étend perpendiculairement à la partie principale du premier joint périphérique, en projection dans le plan principal.
- Au moins une partie, parmi la partie extrémale, la partie intermédiaire et la partie de jonction, est rectiligne, en projection dans le plan principal.
- Une partie de l’ailette est courbe, en projection dans le plan principal.
- Une portion de contact de la partie extrémale est comprimée entre la couche de diffusion de gaz et la zone périphérique.
- La partie de jonction comporte une ouverture permettant une circulation de fluide au travers de l’ailette.
- La cellule comprend en outre une digue qui est parallèle à la partie principale, qui relie les parties extrémales de plusieurs ailettes, et qui est interposée, selon la direction d’empilement, entre la couche de diffusion de gaz et la première plaque polaire, la digue étant formée d’un seul tenant avec le premier joint périphérique.
- La partie principale du premier joint périphérique et l’ailette sont formées d’un seul tenant.
- Le champ de circulation délimite une pluralité de canaux, pour la circulation du fluide réactif, les canaux s’étendant selon une direction longitudinale perpendiculaire à la direction d’empilement, chaque canal étant délimité par un fond de canal, appartenant au champ de circulation, et s’étendant parallèlement à la direction longitudinale, et par deux dents de canal, appartenant au champ de circulation, et s’étendant parallèlement à la direction longitudinale, les dents de canal étant agencées de part et d’autre du fond de canal, en saillie par rapport au fond de canal, chaque dent de canal étant en contact avec la couche de diffusion de gaz dans la direction d’empilement.
- Les dents de canal sont en outre en saillie par rapport à la zone périphérique dans la direction d’empilement.
- L’assemblage membrane-électrode comprend un cadre de maintien formant la portion périphérique et encadrant la portion centrale.
- La cellule comprend en outre une deuxième plaque polaire, par-delà l’assemblage membrane-électrode vis-à-vis de la première plaque polaire dans la direction d’empilement, et un deuxième joint périphérique, interposé entre la deuxième plaque polaire et l’assemblage membrane électrode suivant la direction d’empilement.
La présente divulgation concerne également une pile à combustible comprenant des cellules, au moins une desdites cellules étant telle que décrite ci-dessus, les cellules étant empilées suivant la direction d’empilement pour constituer un empilement.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels :
[Fig 1 ] la figure 1 est une vue éclatée d’une partie d’une cellule d’une pile à combustible, selon un premier mode de réalisation de l’invention.
[Fig 2] la figure 2 est une vue en coupe d’une partie d’un empilement de la pile à combustible, comprenant la cellule de la figure 1 .
- [Fig 3] la figure 3 est une autre vue en coupe d’une partie de la cellule de la figure 1.
[Fig 4] la figure 4 est une vue de dessus d’une partie de la cellule des figures précédentes, montrant le trait de coupe H-H’ de la figure 2 et le trait de coupe III- 111’ de la figure 3.
- [Fig 5] la figure 5 est une vue en coupe similaire à celle de la figure 2 ou l’empilement est montré dans un état démonté.
[Fig 6] la figure 6 est une vue en coupe d’une partie d’un empilement comprenant une cellule selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.
[Fig 7] la figure 7 est une vue de dessus d’une partie de la cellule de la figure 6, montrant le trait de coupe IV-IV’ de la figure 6.
[Fig 8] la figure 8 est une vue de dessus d’une partie d’une cellule selon un troisième mode de réalisation de l’invention.
[Fig 9] la figure 9 est une vue en coupe d’une partie d’un empilement comprenant une cellule selon un quatrième mode de réalisation de l’invention. - [Fig 10] la figure 10 est une vue de dessus d’une partie de la cellule de la figure 9, montrant le trait de coupe V-V’ de la figure 9.
[Fig 1 1] la figure 11 est une vue de dessus d’un cinquième mode de réalisation de l’invention.
[Fig 12] la figure 12 est une vue en coupe d’une partie d’un empilement comprenant une cellule selon un sixième mode de réalisation de l’invention.
[Fig 13] la figure 13 est une vue de dessus d’une partie de la cellule de la figure 12, montrant le trait de coupe VI-VI’ de la figure 12.
[Fig 14] la figure 14 est une vue en coupe d’une partie d’un empilement comprenant une cellule selon un septième mode de réalisation de l’invention.
[Fig 15] la figure 15 est une représentation en coupe d’une partie d’une cellule selon un huitième mode de réalisation de l’invention.
[Fig 16] la figure 16 est une représentation en coupe d’une partie d’une cellule selon un neuvième mode de réalisation de l’invention.
- [Fig 17] la figure 17 est une représentation de dessus de la neuvième forme de réalisation de l’invention, montrant le trait de coupe VIII-VIH’ de la figure 16.
Les figures 1 à 5 représentent un premier mode de réalisation conforme à l’invention.
Sur la figure 1 sont représentées une première plaque polaire, dite plaque polaire cathodique 100, et un assemblage membrane électrode 200 formant partie d’une cellule 2 d’une pile à combustible 1 . La cellule 2 comporte également une deuxième plaque polaire, dite plaque polaire anodique 100’, représentée sur la figure 2.
La plaque polaire cathodique 100 est perpendiculaire à une direction d’empilement X de la pile à combustible 1 , dirigée vers le haut, comme sur la figure 2. La plaque polaire cathodique 100 s’étend parallèlement à un plan principal P de la cellule 2, perpendiculaire à la direction d’empilement X. Une direction longitudinale Y, orientée vers l’avant de la figure 2 et une direction transversale Z, orientée de la gauche vers la droite dans la figure 2, s’étendant dans le plan principal P, perpendiculaires entre elles et perpendiculaires à la direction d’empilement X sont également définies.
La plaque polaire cathodique 100 peut être formée par un matériau conducteur électrique, par exemple du métal comme de l’acier inoxydable ou du graphite. La plaque polaire cathodique 100 comporte une zone périphérique 102, des ouvertures 101 , deux champs d’homogénéisation 104, et un champ de circulation 103.
La zone périphérique 102 s’étend sur tout le pourtour de la plaque polaire cathodique 100, et borde les ouvertures 101 , les champs d’homogénéisation 104 et le champ de circulation 103. Les ouvertures 101 , les champs d’homogénéisation 104 et le champ de circulation 103 sont disposés à l’intérieur de la zone périphérique 102. La zone périphérique 102 s’étend dans un plan perpendiculaire à la direction d’empilement X, parallèle au plan principal P.
Le champ de circulation 103 s’étend entre les deux champs d’homogénéisation 104 dans la direction longitudinale Y. Sur une face de la plaque polaire cathodique 100 tournée en direction de l’assemblage membrane électrode 200, c’est-à-dire suivant la direction d’empilement X, le champ de circulation 103 comporte des canaux 105, formés en creux, et s’étendant sensiblement parallèlement à la direction longitudinale Y. Les canaux 105 peuvent être délimités par des sillons creusés dans la plaque polaire cathodique 100, ou par un emboutissage de la plaque polaire cathodique 100.
Chaque canal 105 est délimité en profondeur selon la direction d’empilement X par un fond de canal 1051 formé par la plaque polaire cathodique 100, s’étendant selon la direction longitudinale Y. Le fond de canal 1051 peut être sensiblement plat, comme illustré sur les figures de manière simplifiée, mais présente le plus souvent un profil légèrement arrondi en section par un plan transversal contenant la direction transversale Z. Dans certaines modes de réalisation, comme celui illustré par exemple aux figures 2 et 3, les fonds de canaux 1051 sont, au moins à leur point de plus grande profondeur du canal suivant la direction d’empilement X, coplanaires avec la zone périphérique 102. En variante, les fonds de canaux 1051 sont en retrait par rapport à la zone périphérique 102 suivant la direction d’empilement X.
Chaque canal 105 est aussi délimité par deux dents de canal 1052, formées par la plaque polaire cathodique 100, en saillie par rapport au fond de canal 1051 dans la direction d’empilement X. De préférence, les dents de canal 1052 sont aussi en saillie par rapport à la zone périphérique 102 suivant la direction d’empilement X. Les dents de canal 1052 sont sensiblement planes et parallèles au fond de canal 1051 . De manière alternative, les dents de canal 1052 présentent un profil légèrement arrondi en section par un plan transversal contenant la direction transversale Z et la direction d’empilement X. Les dents de canal 1052 bordent le fond de canal 1051 sur la longueur du fond de canal 1051 suivant la direction longitudinale Y.
Le fond de canal 1051 est relié de manière continue à chaque dent de canal1052 par une portion inclinée 1053 formée par la plaque polaire cathodique 100. Le canal 105 est donc aussi délimité par deux portions inclinées 1053.
Chaque ouverture 101 est destinée soit à l’injection de fluide réactif ou de refroidissement, soit à l’évacuation de fluide réactif ou de refroidissement, pour chaque cellule 2 de la pile à combustible 1. Les ouvertures 101 ont ici un contour fermé. Trois ouvertures 101 sont situées d’un côté de la plaque polaire cathodique 100 selon la direction longitudinale Y, alignées dans la direction transversale Z. Trois autres ouvertures 101 sont situées de l’autre côté de la plaque polaire cathodique 100 selon la direction longitudinale Y, également alignées dans la direction transversale Z. Pour chaque fluide réactif ou de refroidissement, et donc pour chaque champ de circulation de fluide de la cellule, une ouverture 101 forme une alimentation de fluide pour le champ de circulation concerné, et une autre ouverture 101 , située de l’autre côté de la plaque polaire cathodique 100 selon la direction longitudinale Y, sert à l’évacuation de fluide pour le champ de circulation concerné.
Chaque champ d’homogénéisation 104 est disposé entre le champ de circulation 103 et les ouvertures 101 selon la direction longitudinale Y. Sur la face de la plaque polaire cathodique 100 tournée en direction de l’assemblage membrane électrode 200, c’est-à-dire suivant la direction d’empilement X, chaque champ d’homogénéisation 104 peut comporter des canaux, qui sont par exemple agencés selon une orientation en éventail. Ces canaux relient l’une des ouvertures 101 au champ de circulation 103. Les canaux des champs d’homogénéisation 104 peuvent, comme dans les exemples illustrés, être similaires et formés de la même façon que ceux du champ de circulation 103, hormis pour leur orientation. Cependant, les canaux des champs d’homogénéisation 104 peuvent avoir par exemple une largeur et/ou une profondeur différente de ceux du champ de circulation 103. De même, les canaux des champs d’homogénéisation 104 peuvent être réalises de façon différente de ceux du champ de circulation 103, notamment avec des processus technologiques différents. Les canaux des champs d’homogénéisation 104 peuvent par exemple être réalisés sous la forme de nervures appliquées par ajout de matière, métallique, élastomère, ou polymère, sur une portion de plaque polaire cathodique 100 pouvant être plane ou pas, tandis que les canaux 105 du champ de circulation 103 peuvent être réalisés par emboutissage, ou inversement.
Pour la plaque polaire cathodique 100, le premier champ d’homogénéisation 104 permet de répartir le fluide réactif provenant de l’une des ouvertures 101 b afin qu’il circule dans l’ensemble du champ de circulation 103, selon la direction longitudinale Y. Le deuxième champ d’homogénéisation 104 permet d’évacuer le fluide réactif réparti sur l’ensemble du champ de circulation 103 jusqu’à une autre ouverture 101 b, située à l’opposé de la plaque polaire cathodique 100, où le fluide réactif est évacué. Ainsi, sur la face de la plaque polaire cathodique 100 qui est tournée en direction de l’assemblage membrane électrode 200, un seul des fluides réactifs circule de l’une des ouvertures 101 jusqu’à une autre des ouvertures 101 opposée suivant la direction longitudinale Y, par l’intermédiaire du champ de circulation 103. Pour la plaque polaire cathodique 100, le fluide réactif est du fluide réactif cathodique, par exemple de l’air ou de l’oxygène. On prévoit que seules les ouvertures 101 b délivrent et évacuent du fluide sur cette face de la plaque polaire cathodique 100, alors que le contour des ouvertures 101 a et 101c est étanchement fermé, pour que les fluides traversant les ouvertures 101 a et 101c ne soient pas mis en contact avec le fluide réactif cathodique sur cette face de la plaque polaire cathodique 100.
L’assemblage membrane électrode (MEA, en anglais) 200 est en regard de la plaque polaire cathodique 100 dans la direction d’empilement X, et est parallèle au plan principal P. La MEA 200 comprend une portion périphérique 202, des ouvertures 201 , et une portion centrale 203.
La portion périphérique 202 s’étend sur tout le pourtour de la MEA 200, et borde les ouvertures 201 et la portion centrale 203, qui sont situées à l’intérieur de la portion périphérique 202. Les ouvertures 201 ont un contour fermé. La portion périphérique 202 s’étend dans un plan perpendiculaire à la direction d’empilement X, parallèle au plan principal P.
Les ouvertures 201 sont pratiquées dans l’assemblage membrane électrode (MEA) 200 pour permettre la circulation des fluides réactifs au travers de la MEA suivant la direction d’empilement X. Chaque ouverture 201 prolonge l’une des ouvertures 101 de la plaque polaire cathodique 100 suivant la direction d’empilement X. Autrement dit, les ouvertures 101 et 201 sont en regard dans la direction d’empilement X. Dans l’exemple chaque ouverture 201 a la même forme que l’ouverture 101 avec laquelle elle est en regard.
La portion centrale 203 de la MEA 200 est en regard du champ de circulation 103 et recouvre complètement le champ de circulation 103 selon la direction d’empilement X. Un pourtour périphérique de la portion centrale 203 peut éventuellement chevaucher un pourtour intérieur de la portion périphérique 202.
La portion centrale 203 de la MEA 200 comprend une membrane 204, qui est une membrane polymère échangeuse de protons. La membrane 204 s’étend parallèlement au plan principal P, en regard du champ de circulation 103 selon la direction d’empilement X, et est sensiblement plane. La membrane 204 est préférentiellement coplanaire avec la portion périphérique 202. La membrane 204 peut être recouverte d’une couche de catalyseur sur l’une de ses faces ou sur ses deux faces parallèles au plan principal P. Comme montré sur la figure 2, la membrane 204 peut éventuellement s’étendre au-delà du champ de circulation 103, notamment dans le cas où la portion centrale 203 chevauche une partie de la portion périphérique 202. La MEA 200 comprend avantageusement un cadre de maintien 206 pour supporter la membrane 204. Le cadre de maintien 206 forme alors la portion périphérique 202. Le cadre de maintien 206 est préférentiellement constitué de deux demi-cadres de forme identique qui sont destinés à venir en appui plan l’un contre l’autre et qui sont, par exemple, réalisés en film polymère, par exemple en poly(téréphtalate d'éthylène), connu sous l’abréviation PET, ou en poly(naphtalate d'éthylène), connu sous l’abréviation PEN. Dans ce dernier cas, les deux demi-cadres sont par exemple assemblés l’un à l’autre par collage. Comme montré sur les figures 2, 3 et 5, pour maintenir la membrane 204, le cadre de maintien 206 peut pincer en particulier un pourtour périphérique externe de la membrane 204, dans la direction d’empilement X. Le cadre de maintien 206 enserre alors toute la partie de la membrane 204 qui chevauche la portion périphérique 202 selon la direction d’empilement X. Le cadre de maintien 206 comporte donc une ouverture centrale dont le contour délimite, le cas échéant, la portion centrale 203 de la MEA 200, ouverture centrale au travers de laquelle la membrane 204 est accessible au fluide réactif circulant dans le champ de circulation.
En variante, à la place du cadre de maintien 206, on pourrait prévoir qu’une même membrane, telle que la membrane 204, forme à la fois la portion centrale 203 et la portion périphérique 202.
La couche de diffusion de gaz 205 s’étend parallèlement au plan principal P. Elle est interposée entre la portion centrale 203 et la plaque polaire cathodique 100, suivant la direction d’empilement X. En particulier, la couche de diffusion de gaz 205 recouvre entièrement la portion centrale 203, à savoir la membrane 204, et déborde avantageusement sur la partie périphérique 202, à savoir sur le pourtour intérieur du cadre de maintien 206 pinçant la membrane 204. En particulier, la couche de diffusion de gaz 205 est en appui sur les dents de canall 052 des canaux 105 selon la direction d’empilement X, et en appui contre la membrane 204 en direction opposée. La couche de diffusion de gaz 205 est avantageusement formée d’un matériau poreux, et permet au fluide réactif cathodique de diffuser depuis les canaux 105 jusqu’à la membrane 204 lorsque la cellule 2 est en fonctionnement, et éventuellement à des produits de réaction provenant de la membrane 204 de diffuser jusqu’aux canaux 105 pour être évacués.
La cellule 2 comprend un premier joint périphérique 300, qui est interposé entre la plaque polaire cathodique 100 et la MEA 200, suivant la direction d’empilement X. Le joint périphérique 300 comprend une partie principale 301 et des ailettes 302.
Le premier joint périphérique 300 peut être formé sur la plaque polaire cathodique 100, par exemple en étant surmoulé sur la plaque polaire cathodique 100, ainsi que montré figure 1 , mais il peut alternativement être formé sur la MEA 200, ou être formé séparément de la plaque polaire cathodique 100 et de la MEA 200, puis assemblé à l’une ou l’autre de ces derniers partout moyen bien connu de l’homme du métier. Le premier joint périphérique 300 est idéalement en matériau élastomère, par exemple en silicone ou en éthylène- propylène-diène monomère (EPDM), et imperméable au fluide cathodique utilisé dans la pile à combustible 1 .
Le premier joint périphérique 300 comprend une partie principale 301 , et au moins une, préférentiellement plusieurs, ailettes 302. Préférentiellement, chacune desdites plusieurs ailettes 302 est ponctuelle, c’est-à-dire qu’elle est reliée uniquement à la partie principale 301 , sans être reliée à une autre ailette 302 par exemple. Notamment, les ailettes 302 sont à distance les unes des autres.
La partie principale 301 forme une boucle fermée qui, dans le présent exemple, s’étend le long de la zone périphérique 102, sur tout le pourtour de la plaque polaire cathodique 100. De façon correspondante, la partie principale 301 s’étend en boucle fermée le long de la portion périphérique 202 de la MEA 200, ici le long du cadre de maintien 206, sur tout le pourtour de la portion périphérique 202. La partie principale 301 est interposée entre la zone périphérique 102 et la portion périphérique 202 selon la direction d’empilement X, de façon à obturer de façon étanche l’espace défini suivant la direction d’empilement X entre la zone 102 et la portion 202, sur tout le pourtour. En particulier, la partie principale 301 entoure le champ de circulation 103, les champs d’homogénéisation 104 s’ils sont prévus, les ouvertures 101b desservant cette face de la plaque polaire cathodique 100, voire éventuellement toutes les ouvertures 101 de la plaque polaire cathodique 100. La partie principale 301 entoure aussi la couche de diffusion de gaz 205, et la face de la membrane 204 tournée, en sens opposé de la direction d’empilement X, en direction de la plaque polaire cathodique 100. La partie principale 301 comprend deux surfaces longitudinales internes 303 opposées, disposées chacune transversalement de part et d’autre du champ de circulation 103, chaque surface longitudinale interne 303 s’étendant sur une portion de la partie principale 301 parallèle à la direction longitudinale Y, en étant tournée en direction du champ de circulation 103. Chaque surface longitudinale interne 303 relie la zone périphérique 102 à la portion périphérique 202 suivant la direction d’empilement X.
La partie principale 301 du premier joint périphérique 300, la plaque polaire cathodique 100 et la MEA 200 délimitent ainsi un compartiment cathodique 40 entre elles. La partie principale 301 assure une étanchéité du compartiment cathodique 40 par rapport à l’extérieur de la cellule 2, notamment une zone externe 3 située par-delà la partie principale 301 du premier joint périphérique 300 vis-à-vis du compartiment cathodique 40.
Deux zones de bipasse cathodiques 50, appartenant au compartiment cathodique 40, sont définies. Chaque zone de bipasse 50 est délimitée, suivant la direction d’empilement X, entre la plaque polaire cathodique 100 et la MEA 200, et est délimitée, suivant la direction transversale Z, entre, d’une part le champ de circulation 103 et la couche de diffusion de gaz 205 et d’autre part la partie principale 301 du premier joint périphérique 300, pour une portion de cette partie principale 301 qui s’étend suivant la direction longitudinale Y. Chaque zone de bipasse 50 s’étend, suivant la direction longitudinale Y, le long du champ 103, voire même, d’un champ d’homogénéisation 104 à l’autre. Le champ de circulation 103 est disposé, suivant la direction transversale Z, entre les deux zones de bipasse 50.
Les ailettes 302 ont pour fonction de réduire ou d’empêcher une circulation de fluide réactif cathodique suivant la direction longitudinale Y dans les zones de bipasse 50, notamment afin de concentrer le fluide dans le champ de circulation 103. Pour ce faire, chaque ailette 302 obture une section transversale de la zone de bipasse 50 qu’elle occupe, la section transversale étant prise perpendiculairement à la direction longitudinale Y. Les ailettes 302 sont réparties le long de la partie principale 301 du premier joint périphérique
300, dans l’une ou l’autre, ou les deux, zones de bipasse cathodiques 50. Chaque ailette 302 est rattachée à l’une des surfaces longitudinales internes 303 de la partie principale
301. Chaque ailette 302 s’étend depuis la surface longitudinale interne 303, globalement selon la direction transversale Z, vers un intérieur de la partie principale 301 , en direction du champ de circulation 103. Les ailettes 302 peuvent être formées d’un seul tenant avec la partie principale 301 .
Chaque ailette 302 comprend, successivement, à partir de la partie principale 301 , une partie de jonction 304, une partie intermédiaire 305 et une partie extrémale 306.
Chaque ailette 302 est, dans les exemples illustrés, avantageusement en forme de muret qui présente un allongement dans le plan principal P cet allongement présentant un profil de ligne brisée, de courbe, ou un profil constitué par une combinaison d’une ou plusieurs lignes rectilignes et/ou d’une ou plusieurs lignes brisées, et/ou d’une ou plusieurs courbes.
En option, chaque ailette 302 en forme de muret présente de préférence en tout point considéré de son allongement, en section transversale par un plan perpendiculaire à l’allongement du muret en ce point considéré, une épaisseur suivant la direction longitudinale Y, aussi appelée largeur, et une épaisseur suivant la direction d’empilement X telles que l’épaisseur suivant la direction longitudinale Y est plus faible que l’épaisseur suivant la direction d’empilement X, notamment pour s’étendre depuis la plaque polaire cathodique 100 jusqu’à la MEA 200 sur au moins une partie de la longueur de l’ailette 302 suivant la direction transversale Z, voire sur toute sa longueur. Selon une autre option, l’épaisseur suivant la direction longitudinale Y est supérieure à l’épaisseur suivant la direction d’empilement X, ou varie en fonction du point de l’allongement considéré.
Préférentiellement, chacune des parties de jonction 304, partie intermédiaire 305 et partie extrémale 306 présente la même largeur, c’est à dire la même épaisseur mesurée suivant la direction Y. En d’autres termes, chacune des ailettes 302 est d’une épaisseur suivant la direction Y sensiblement constante. Cela permet de minimiser la matière utilisée pour former les ailettes 302 et de garantir la bonne formation des ailettes 302, notamment la continuité de matière lors du processus de fabrication du joint périphérique 300.
L’ailette 302 est raccordée à la partie principale 301 par l’intermédiaire de la partie de jonction 304, laquelle s’étend à partir de la surface longitudinale interne 303. En particulier, l’ailette 302 est rattachée à la partie principale 301 uniquement par l’intermédiaire de la partie de jonction 304.
Dans le présent exemple, la partie de jonction 304 est rectiligne et sa projection sur le plan principal P est perpendiculaire à la direction longitudinale Y, c’est-à-dire parallèle à la direction transversale Z. La partie de jonction 304 est interposée selon la direction d’empilement X entre la zone périphérique 102 de la plaque polaire cathodique 100 et la portion périphérique 202 de la MEA 200.
La partie intermédiaire 305 de l’ailette 302 est rattachée à la partie de jonction 304, en la prolongeant en direction du champ 103. Dans le présent exemple, la partie intermédiaire 305 est rectiligne et sa projection sur le plan principal P est oblique par rapport à la partie principale 301 , ou encore oblique par rapport à la direction longitudinale Y. La partie intermédiaire 305 est interposée selon la direction d’empilement X entre la zone périphérique 102 de la plaque polaire cathodique 100 et la portion périphérique 202 de la MEA 200.
Une longueur de la partie de jonction 304, en projection dans le plan P, est préférentiellement inférieure à la longueur de la partie intermédiaire de l’ailette 302, par exemple en représentant moins de 50%, préférentiellement moins de 30%, avantageusement moins de 10% de la longueur de la partie intermédiaire 305.
La partie extrémale 306 de l’ailette 302 est rattachée à la partie intermédiaire 305, en la prolongeant en direction du champ 103. La partie extrémale 306 termine l’ailette 302. Dans le présent exemple, la partie extrémale 306 est rectiligne et sa projection sur le plan principal P est perpendiculaire à la direction longitudinale Y, c’est-à-dire est parallèle à la direction transversale Z.
Les parties intermédiaire 305, et extrémale 306 ne sont pas rattachées à la partie principale 301 autrement que par la partie de jonction 304.Au moins une portion de l’ailette 302, dite portion de contact 307 de l’ailette 302, appartenant à la partie extrémale 306 et incluant l’extrémité de l’ailette 302, est interposée entre la couche de diffusion de gaz 205 et la zone périphérique 102 selon la direction d’empilement X. Eventuellement, une autre portion de la partie extrémale 306, par laquelle la partie extrémale 306 est rattachée à la partie intermédiaire 305, est interposée entre la zone périphérique 102 et la portion périphérique 202.
La partie extrémale 306 et la partie intermédiaire 305 forment entre elles un angle avantageusement compris entre 1 10 et 150 degrés, idéalement 120 degrés. La partie intermédiaire 305 et la partie de jonction 304 forment un angle avantageusement compris entre 1 10 et 150 degrés, idéalement 120 degrés.
Ainsi, selon le mode de réalisation des figures 1 à 5, chaque ailette 302 a une trajectoire d’extension formant un zigzag en projection dans le plan P depuis la partie principale 301 en direction du champ 103.
Comme montré sur les figures 2, 3 et 4, la portion de contact 307 de l’ailette 302 est élastiquement déformée, en compression suivant la direction d’empilement X, entre la couche de diffusion de gaz 205 et la zone périphérique 102. La portion de contact 307 étant ainsi comprimée, elle présente une épaisseur, mesurée suivant la direction d’empilement X, qui est inférieure à celle du reste de l’ailette 302, notamment à celle de la partie de jonction 304 et de la partie intermédiaire 305. A l’état non déformé de l’ailette 302, comme montré sur la figure 5, on peut prévoir que la portion 307 présente initialement la même épaisseur suivant la direction d’empilement X que le reste de l’ailette 302. Cette déformation en compression de la portion de contact 307 peut aussi déformer la partie intermédiaire 305. Comme montré en coupe sur la figure 3, la partie intermédiaire 305 peut reprendre cette déformation de la partie extrémale 306 en se vrillant légèrement. Le fait que la partie intermédiaire 305 soit oblique par rapport à la direction longitudinale Y évite avantageusement de transmettre la déformation à la partie de jonction 304 et à la partie principale 301 . L’orientation particulière de la partie intermédiaire 305 évite donc que des contraintes mécaniques, liées à l’aplatissement de la zone de contact 307 entre la couche 205 et la zone périphérique 102, soient appliquées sur la partie principale 301 .
La plaque polaire anodique 100’ est similaire à la plaque cathodique 100, hormis quelques différences, dont l’essentiel est discuté ci-après. La plaque polaire anodique 100’ s’étend parallèlement à un plan principal P de la cellule 2, perpendiculaire à la direction d’empilement X, et est disposée par-delà la MEA 200 vis-à-vis de la plaque polaire cathodique 100.
La plaque polaire anodique 100’ est avantageusement formée par le même matériau que la plaque polaire cathodique 100 et comprend, comme la plaque polaire cathodique 100, une zone périphérique 102’, similaire à la zone périphérique 102, des ouvertures, similaires aux ouvertures 101 , deux champs d’homogénéisation, similaires aux champs 104, et un champ de circulation 103’, similaire au champ 103.
La zone périphérique 102’ s’étend sur tout le pourtour de la plaque polaire anodique 100’, et borde les ouvertures, les champs d’homogénéisation et le champ de circulation 103’. Comme pour la plaque polaire cathodique 100, les ouvertures, les champs d’homogénéisation et le champ de circulation 103’ de la plaque polaire anodique 100’ sont disposés à l’intérieur de la zone périphérique 102’. La zone périphérique 102’ s’étend dans un plan perpendiculaire à la direction d’empilement X, parallèle au plan principal P.
Comme les ouvertures 101 , chaque ouverture de la plaque polaire anodique 100’ sert à l’injection ou à l’évacuation de fluide réactif ou de fluide de refroidissement, en correspondance avec les ouvertures 101. Suivant la direction d’empilement X, les ouvertures de la plaque anodique 100’ sont chacune connectées à l’une des ouvertures 101 par l’intermédiaire de l’une des ouvertures 201 de la MEA 200.
Le champ de circulation 103’ s’étend entre les deux champs d’homogénéisation de la plaque 100’ dans la direction longitudinale Y. Sur une face de la plaque polaire anodique 100’ tournée en direction de l’assemblage membrane électrode 200, c’est-à-dire en sens opposé de la direction d’empilement X, le champ de circulation 103’ comporte des canaux 105’, formés en creux, et s’étendant sensiblement parallèlement à la direction longitudinale Y. Les canaux 105’ peuvent être délimités par des sillons creusés dans la plaque polaire anodique 100’, ou par un emboutissage de la plaque polaire anodique 100’.
Chaque canal 105’ est délimité en profondeur selon la direction d’empilement X par un fond de canal 105T formé par la plaque polaire anodique 100’, s’étendant selon la direction longitudinale Y. Le fond de canal 1051’ peut être sensiblement plat comme illustré sur les figures de manière simplifiée, mais présente le plus souvent un profil légèrement arrondi en section par un plan transversal contenant la direction transversale Z. Dans certaines modes de réalisation, comme celui illustré à la figure 2, les fonds de canaux 1051’ sont, au moins à leur point de plus grande profondeur du canal 105’ suivant la direction d’empilement, coplanaires avec la zone périphérique 102’. En variante non représentée, les fonds de canaux 105T sont en saillie par rapport à la zone périphérique 102’ suivant la direction d’empilement X.
Chaque canal 105’ est aussi délimité par deux dents de canal 1052’, formées par la plaque polaire anodique 100’, en retrait par rapport au fond de canal 1051 ’ dans la direction d’empilement X. De préférence, les dents de canal 1052’ sont aussi en retrait par rapport à la zone périphérique 102’ suivant la direction d’empilement X. Les dents de canal 1052’ sont sensiblement planes et parallèles au fond de canal 1051’. De manière alternative, les dents de canal 1052’ présentent un profil légèrement arrondi en section par un plan transversal contenant la direction transversale Z et la direction d’empilement X. Les dents de canal 1052’ bordent le fond de canal 1051 ’ sur la longueur du fond de canal 1051’ suivant la direction longitudinale Y.
Le fond de canal 1051’ est relié de manière continue à chaque dent de canal 1052’ par une portion inclinée 1053’ formée par la plaque polaire anodique 100’. Le canal 105’ est donc aussi délimité par deux portions inclinées 1053’.
Comme pour la plaque polaire cathodique 100, chaque champ d’homogénéisation de la plaque polaire anodique 100’ est disposé entre le champ de circulation 103’ et les ouvertures de la plaque polaire anodique 100’ selon la direction longitudinale Y et peut comporter des canaux, par exemple en éventail. Le premier champ d’homogénéisation permet de répartir le fluide réactif provenant de l’une des ouvertures de la plaque polaire anodique 100’ afin qu’il circule dans le champ de circulation 103’ et le deuxième champ d’homogénéisation permet d’évacuer le fluide réactif réparti sur l’ensemble du champ de circulation 103’ jusqu’à une autre ouverture. Alors que le champ 103 de la plaque polaire cathodique 100 était desservi en fluide réactif cathodique, à savoir de l’air ou de l’oxygène, par les ouvertures 101 b, le champ 103’ est desservi en fluide réactif anodique, par exemple de l’hydrogène, par les ouvertures de la plaque polaire anodique 100’ correspondant aux ouvertures 101 a. Le contour des autres ouvertures de la plaque polaire anodique 100’, correspondant aux ouvertures 101 b et 101c, sont étanchement fermées pour que seul le fluide réactif anodique puisse circuler dans le champ de circulation 103’.
La MEA 200 comprend une autre couche de diffusion de gaz 205’, qui s’étend parallèlement au plan principal P. Elle est interposée entre la portion centrale 203 de la MEA 200 et la plaque polaire anodique 100’, suivant la direction d’empilement X. La portion centrale 203 de la MEA 200 est donc interposée, suivant la direction d’empilement X, entre les deux couches de diffusion de gaz 205 et 205’. En particulier, la couche 205’ recouvre entièrement la portion centrale 203 de la MEA 200, à savoir la membrane 204, et déborde avantageusement sur la partie périphérique 202, à savoir sur le pourtour intérieur du cadre de maintien 206 pinçant la membrane 204. En particulier, la couche de diffusion de gaz 205’ est en appui sur les dents de canal 1052’ des canaux 105’ selon la direction opposée à la direction d’empilement X. La couche de diffusion de gaz 205’ est avantageusement formée d’un matériau poreux, et permet au fluide réactif anodique de diffuser depuis les canaux 105’ jusqu’à la membrane 204 lorsque la cellule 2 est en fonctionnement, et éventuellement à des produits de réaction provenant de la membrane 204 de diffuser jusqu’aux canaux 105’ pour être évacués.
Grâce à l’apport des fluides réactifs anodiques et cathodiques via les champs 103 et 103’, au travers des couches de diffusion de gaz 205 et 205’, une réaction chimique entre lesdits fluides réactifs a lieu au niveau de la membrane 204 la cellule 2. Par échange de protons entre le fluide réactif anodique et le fluide réactif cathodique au travers de la membrane, une différence de potentiel électrique est générée entre la plaque polaire cathodique 100 et la plaque polaire anodique 100’.
La cellule 2 comprend un deuxième joint périphérique 300’, préférentiellement similaire au joint 300, et qui est interposé entre la plaque polaire anodique 100’ et la MEA 200, suivant la direction d’empilement X. Le joint périphérique 300’ comprend une partie principale 301’ et des ailettes 302’, similaires à la partie principale 301 et aux ailettes 302.
Le deuxième joint périphérique 300’ peut être formé sur la plaque polaire anodique 100’, par exemple en étant surmoulé sur la plaque polaire anodique 100’, mais il peut alternativement être formé sur la MEA 200, ou être formé séparément de la plaque polaire anodique 100’ et de la MEA 200. Le joint 300’ est idéalement en matériau élastomère, et imperméable au fluide anodique utilisé dans la pile à combustible 1 .
En particulier, la partie principale 30T du deuxième joint périphérique 300’ forme une boucle fermée qui, dans le présent exemple, s’étend le long de la zone périphérique 102’, sur tout le pourtour de la plaque polaire anodique 100’. De façon correspondante, la partie principale 30T s’étend en boucle fermée le long de la portion périphérique 202 de la MEA 200, ici le long du cadre de maintien 206, sur tout le pourtour de la portion périphérique 202. La partie principale 30T est interposée entre la zone périphérique 102’ et la portion périphérique 202 selon la direction d’empilement X, de façon à obturer de façon étanche l’espace défini suivant la direction d’empilement X entre la zone 102’ et la portion 202, sur tout le pourtour. En particulier, la partie principale 30T entoure le champ de circulation 103’, les champs d’homogénéisation de la plaque polaire anodique 100’ s’ils sont prévus, les ouvertures desservant cette face de la plaque polaire anodique 100’ en fluide anodique, sinon toutes les ouvertures de la plaque polaire anodique 100’. La partie principale 301’ entoure aussi la couche de diffusion de gaz 205’, et la face de la membrane 204’ tournée dans le sens de la direction d’empilement X. La partie principale 301 ’ comprend deux surfaces longitudinales internes 303’ opposées, disposées chacune transversalement de part et d’autre du champ de circulation 103’, chaque surface longitudinale interne 303’ s’étendant sur une portion de la partie principale 30T parallèle à la direction longitudinale Y, en étant tournée en direction du champ de circulation 103’. Chaque surface longitudinale interne 303’ relie la zone périphérique 102’ à la portion périphérique 202 suivant la direction d’empilement X.
La partie principale 301’ du deuxième joint périphérique 300’, la plaque polaire anodique 100’ et la MEA 200 délimitent ainsi un compartiment anodique 40’ entre elles. La partie principale 301’ du deuxième joint périphérique 300’ assure une étanchéité du compartiment anodique 40’ par rapport à l’extérieur de la cellule 2, notamment la zone externe 3.
Deux zones de bipasse anodiques 50’, appartenant au compartiment anodique 40’, sont définies. Chaque zone de bipasse 50’ est délimitée, suivant la direction d’empilement X, entre la plaque polaire anodique 100’ et la MEA 200, et est délimitée, suivant la direction transversale Z, entre, d’une part le champ de circulation 103’ et la couche de diffusion de gaz 205’ et d’autre part la partie principale 30T du deuxième joint périphérique 300’, pour une portion de cette partie principale 30T qui s’étend suivant la direction longitudinale Y. Chaque zone de bipasse 50’ s’étend, suivant la direction longitudinale Y, le long du champ 103’. Le champ de circulation 103’ s’étend entre les deux zones de bipasse 50’ suivant la direction transversale Z.
Les ailettes 302’ ont pour fonction de réduire, ou d’empêcher une circulation de fluide réactif anodique suivant la direction longitudinale Y dans les zones de bipasse 50’. Pour ce faire, chaque ailette 302’ obture une section transversale de la zone de bipasse 50’ qu’elle occupe, la section transversale étant prise perpendiculairement à la direction longitudinale Y. Les ailettes 302’ sont réparties le long de la partie principale 301’ du deuxième joint périphérique 300’, dans l’une ou l’autre, ou les deux, zones de bipasse anodiques 50’. Chaque ailette 302’ est rattachée à l’une des surfaces longitudinales internes 303’ de la partie principale 301 ’ du deuxième joint périphérique 300’. Chaque ailette 302’ s’étend depuis la surface longitudinale interne 303’, globalement selon la direction transversale Z, et en direction du champ de circulation 103’. Les ailettes 302’ peuvent être formées d’un seul tenant avec la partie principale 30T.
Chaque ailette 302’ comprend, successivement à partir de la partie principale 301’, une partie de jonction 304’, une partie intermédiaire 305’ et une partie extrémale 306. Chaque ailette 302’ est, dans les exemples illustrés, avantageusement en forme de de muret qui présente un allongement dans le plan principal P, cet allongement présentant un profil de ligne brisée, de courbe, ou un profil constitué par une combinaison d’une ou plusieurs lignes rectilignes et/ou d’une ou plusieurs lignes brisées, et/ou d’une ou plusieurs courbes.
En option, chaque ailette en forme de muret présente de préférence en tout point considéré de son allongement, en section transversale par un plan perpendiculaire à l’allongement du muret en ce point considéré, une épaisseur suivant la direction longitudinale Y, aussi appelée largeur, et une épaisseur suivant la direction d’empilement X telles que l’épaisseur suivant la direction longitudinale Y est plus faible que l’épaisseur suivant la direction d’empilement X, notamment pour s’étendre depuis la plaque polaire anodique 100’ jusqu’à la MEA 200’ sur au moins une partie de la longueur de l’ailette 302’ suivant la direction transversale Z, voire sur toute sa longueur.
Selon une autre option, l’épaisseur suivant la direction longitudinale Y est supérieure à l’épaisseur suivant la direction d’empilement X, ou varie en fonction du point de l’allongement considéré.
Préférentiellement, chacune des parties de jonction 304’, partie intermédiaire 305’ et partie extrémale 306’ présente la même largeur, c’est à dire la même épaisseur mesurée suivant la direction Y. En d’autres termes, chacune des ailettes 302’ est d’une épaisseur suivant la direction Y sensiblement constante. Cela permet de minimiser la matière utiliser pour former les ailettes 302’ et de garantir la bonne formation des ailettes 302’, notamment la continuité de matière lors du processus de fabrication du joint périphérique 300’.
L’ailette 302’ est raccordée à la partie principale 301’ par l’intermédiaire de la partie de jonction 304’, laquelle s’étend à partir de la surface longitudinale interne 303’. Dans le présent exemple, la partie de jonction 304’ est rectiligne et sa projection sur le plan principal P est perpendiculaire à la direction longitudinale Y, c’est-à-dire parallèle à la direction transversale Z. La partie de jonction 304’ est interposée selon la direction d’empilement X entre la zone périphérique 102’ de la plaque polaire anodique 100’ et la portion périphérique 202 de la MEA 200.
La partie intermédiaire 305’ de l’ailette 302’ est rattachée à la partie de jonction 304’, en la prolongeant en direction du champ 103’. Dans le présent exemple, la partie intermédiaire 305’ est rectiligne et sa projection sur le plan principal P est oblique par rapport à la direction longitudinale Y. La partie intermédiaire 305’ est interposée selon la direction d’empilement X entre la zone périphérique 102’ de la plaque polaire anodique 100’ et la portion périphérique 202 de la MEA 200. Une longueur de la partie de jonction 304’, en projection dans le plan P, est préférentiellement inférieure à la longueur de la partie intermédiaire de l’ailette 302, par exemple en représentant moins de 50%, préférentiellement moins de 30%, avantageusement moins de 10% de la longueur de la partie intermédiaire 305.
La partie extrémale 306’ de l’ailette 302’ est rattachée à la partie intermédiaire 305’, en la prolongeant en direction du champ 103’. La partie extrémale 306’ termine l’ailette 302’. Dans le présent exemple, la partie extrémale 306’ est rectiligne et sa projection sur le plan principal P est perpendiculaire à la direction longitudinale Y, c’est-à-dire est parallèle à la direction transversale Z.
Au moins une portion de l’ailette 302’, dite portion de contact 307’, appartenant à la partie extrémale 306’ de l’ailette 302’ et incluant l’extrémité de l’ailette 302’, est interposée entre la couche de diffusion de gaz 205’ et la zone périphérique 102’ selon la direction d’empilement X. Eventuellement, une autre portion de la partie extrémale 306’, par laquelle la partie extrémale 306’ est rattachée à la partie intermédiaire 305’, est interposée entre la zone périphérique 102’ et la portion périphérique 202.
La partie extrémale 306’ et la partie intermédiaire 305’ forment un angle avantageusement compris entre 110 degrés et, idéalement 120 degrés. La partie intermédiaire 305’ et la partie de jonction 304’ forment un angle avantageusement compris entre 1 10 et 150 degrés, idéalement 120 degrés.
Ainsi, selon le mode de réalisation des figures 1 à 4, chaque ailette 302’ a une trajectoire d’extension formant un zigzag en projection dans le plan P depuis la partie principale 301’ en direction du champ de circulation 103’.
Comme montré sur les figures 2, 3 et 4, la portion de contact 307’ de l’ailette 302’ est élastiquement déformée, en compression suivant la direction d’empilement X, entre la couche de diffusion de gaz 205’ et la zone périphérique 102’. Cette déformation en compression de la portion de contact 307’ peut aussi déformer la partie intermédiaire 305’. Comme montré en coupe sur la figure 3, la partie intermédiaire 305’ peut reprendre cette déformation de la partie extrémale 306’ en se vrillant légèrement. Le fait que la partie intermédiaire 305’ soit oblique par rapport à la direction longitudinale Y évite avantageusement de transmettre la déformation à la partie de jonction 304’ et à la partie principale 301 ’. L’orientation particulière de la partie intermédiaire 305’ évite donc que des contraintes mécaniques, liées à l’aplatissement de la zone de contact 307’ entre la couche 205’ et la zone périphérique 102’, soient appliquées sur la partie principale 301 ’.
Pour illustrer la déformation élastique des ailettes 302 lorsque la cellule 2 est assemblée, on a aussi représenté la même cellule 2 dans un état non assemblé sur la figure 5. Avant l’assemblage de la cellule comme montré figure 5, les parties extrémales 306 et 306’ des joints 300 et 300’ ne sont pas comprimées suivant la direction d’empilement X entre la couche de diffusion de gaz 205 et la zone périphérique 102 et entre la couche de diffusion de gaz 205’ et la zone périphérique 102’ respectivement. L’épaisseur des portions de contact 307 et 307’ est identique au reste des ailettes 302 et 302’. La figure 5 illustre aussi le cas où les joints 300 et 300’ sont solidaires des plaques 100 et 100’ respectivement, plutôt que de la MEA 200.
En pratique, dans la pile à combustible 1 , plusieurs cellules 2 telles que celle décrite ci-avant sont empilées selon la direction d’empilement X, chaque cellule comprenant la plaque polaire cathodique 100, le premier joint périphérique 300, la MEA 200, le deuxième joint périphérique 300’, et la plaque polaire anodique 100’.
Comme montré sur la figure 2, plusieurs cellules 2 sont superposées l’une sur l’autre dans la direction d’empilement X, de sorte que la plaque polaire anodique 100’ d’une cellule 2 vient en appui contre la plaque polaire cathodique 100 de la cellule 2 suivante suivant la direction d’empilement X, lesdites plaques 100’ et 100 de deux cellules adjacentes, étant ainsi superposées suivant la direction d’empilement X. La plaque polaire anodique 100’ et la plaque polaire cathodique 100 de deux cellules 2 adjacentes, ainsi superposées, forment une plaque bipolaire 10. Dans le présent exemple, les plaques 100 et 100’ de la plaque bipolaire 10 sont fixées ensemble, en étant par exemple soudées ou collées ensemble. Par exemple, les zones périphériques 102 et 102’ sont en appui l’une contre l’autre suivant la direction d’empilement X. Le cas échéant, la soudure ou le collage peut être effectuée le long desdites zones périphériques 102 et 102’, sur tout le pourtour de la plaque bipolaire 10.
La réaction chimique entre les fluides réactifs au niveau de la membrane 204 étant exothermique, il peut s’avérer souhaitable de refroidir la cellule. Pour cela, de préférence, au dos des champs de circulation 103 et 103’, les plaques 100 et 100’ de la plaque bipolaire 10 délimitent entre elles, suivant la direction d’empilement X, un champ de circulation 13, à l’intérieur de la plaque bipolaire 10, pour une circulation de fluide de refroidissement. Le cas échéant, la soudure ou le collage entre les zones périphériques 102 et 102’ assure une étanchéité entre le champ de circulation 13 et l’extérieur de la plaque bipolaire 10, en formant une boucle fermée entourant le champ de circulation 13. De préférence, le champ de circulation 13 est alimenté en fluide de refroidissement par l’une des ouvertures 101 des plaques 100 et 100’, ici l’une des ouvertures 101 c. Le fluide de refroidissement est évacué par l’autre ouverture 101c. Les autres ouvertures 101a et 101b sont étanchement fermées vis-à-vis du champ de circulation 13, pour ne pas que du fluide réactif puisse être admis dans le champ de circulation 13. Par exemple, le fluide de refroidissement circule d’une ouverture 101c à l’autre suivant la direction longitudinale Y, via le champ de circulation 13.
Les figures 6 et 7 illustrent un deuxième mode de réalisation, identique au premier mode de réalisation illustré sur les figures 1 à 5, sauf pour les différences indiquées ci- après. Pour les figures 1 à 5 et les figures 6 et 7, des signes de référence identiques sont utilisés pour désigner des caractéristiques identiques entre les deux modes de réalisation. Pour le mode de réalisation des figures 6 et 7, des signes de référence augmentés de 200 sont utilisés pour désigner des caractéristiques correspondant à celles décrites pour les figures 1 et 5, mais qui présentent des différences. La description qui suit se concentre sur les différences du mode de réalisation des figures 6 et 7 par rapport à celui des figures 1 à 5, et ne décrit pas à nouveau en détail les caractéristiques identiques, ou fondées sur les mêmes principes.
Pour ce mode de réalisation des figures 6 et 7, la portion périphérique 202 de la MEA 200 est avantageusement remplacée par une portion périphérique 402. La portion périphérique 402 n’est préférentiellement pas formée par un cadre de maintien, mais par une continuation périphérique 406 qui prolonge la membrane 204 parallèlement au plan P. Dans ce mode de réalisation, la continuation périphérique 406 et la membrane 204 forment préférentiellement une seule et même membrane, d’un seul tenant, ladite membrane formant à la fois la portion centrale 203 et la portion périphérique 202 de la MEA 200.
Par ailleurs, et indépendamment de la présence d’une continuation périphérique 406 ou, à la place, de la présence d’une portion périphérique 402, pour ce mode de réalisation des figures 6 et 7, un premier joint périphérique 500 remplace le premier joint périphérique 300. Le premier joint périphérique 500 comprend la même partie principale 301 que celle du joint 300. En revanche, les ailettes 302 du joint 300 sont remplacées par des ailettes 502 pour le joint 500. Chaque ailette 502 comprend la même partie de jonction 304 que l’ailette 302, la même partie intermédiaire 305 que l’ailette 302, et comprend une partie extrémale 506 qui remplace la partie extrémale 306 de l’ailette 302.
Comme la partie extrémale 306, la partie extrémale 506 est interposée entre la couche de diffusion de gaz 205 et la continuation périphérique 406 d’une part, et la zone périphérique 102 d’autre part, selon la direction d’empilement X. La partie extrémale 506 est rattachée à la partie intermédiaire 305. La partie extrémale 506 est rectiligne. Contrairement à la partie extrémale 306, la projection de la partie extrémale 506 sur le plan principal P est diagonale par rapport à la direction longitudinale Y de telle sorte à ce que la partie extrémale 506 prolonge la partie intermédiaire 305 en étant en alignement avec la partie intermédiaire 305. Ainsi, l’ensemble composé de la partie intermédiaire 305 et de la partie extrémale 506 est rectiligne et sa projection sur le plan principal P est diagonale par rapport à la direction longitudinale Y. La partie extrémale 506 comporte une portion de contact 507. La portion de contact 507 correspond à la portion de la partie extrémale 506 interposée entre la couche de diffusion de gaz 205 et la zone périphérique 102 selon la direction d’empilement X.
Ainsi, selon le mode de réalisation des figures 6 à 7, chaque ailette 502 a une trajectoire d’extension formant sensiblement une virgule depuis la partie principale 301 en direction du champ 103.
Pour ce mode de réalisation des figures 6 et 7, un deuxième joint périphérique 500’ remplace préférentiellement le deuxième joint périphérique 300’. Le joint périphérique 500’ comprend la même partie principale 301’ que celle du joint 300’. En revanche, les ailettes 302’ du joint 300’ sont remplacées par des ailettes 502’ pour le joint 500’. Une ailette 502’ comprend la même partie de jonction 304’ que l’ailette 302’, la même partie intermédiaire 305’ que l’ailette 302’, et comprend une partie extrémale 506’ qui remplace la partie extrémale 306’ de l’ailette 302’. Les mêmes caractéristiques que celles décrites ci-avant pour les parties 304, 305, 506 et 507 de l’ailette 502 s’appliquent mutatis mutandis aux parties 304’, 305’, 506’ et 507’ de l’ailette 502’.
Pour ce mode de réalisation des figures 6 et 7, les plaques polaires anodiques 100’ et cathodiques 100 sont identiques à celles prévues aux figures 1 à 5, ou de construction similaire, hormis en ce que, au lieu d’être fixées l’une à l’autre par soudure ou collage, elles sont en appui l’une contre l’autre suivant la direction d’empilement X sans être fixées l’une à l’autre.
Plus précisément, indépendamment de forme des ailettes et indépendamment de la présence d’une continuation périphérique 406 ou, à la place, de la présence d’une portion périphérique 402, les plaques 100 et 100’ des figures 6 et 7, appartenant respectivement à deux cellules 2 adjacentes, sont en appui l’une contre l’autre par l’intermédiaire d’un joint de plaque 211 , qui est interposé, suivant la direction d’empilement X, entre les plaques 100’ et 100 appartenant respectivement à deux cellules adjacentes,. Le joint de plaque 211 comprend une partie principale 212, qui est interposée entre les zones périphériques 102 et 102’ suivant la direction d’empilement X et qui forme une boucle fermée entourant le champ de circulation 13, pour éviter une fuite de liquide de refroidissement entre le champ de circulation 13 et l’extérieur d’une plaque bipolaire 210 formée par la plaque 100, la plaque 100’ et le joint de plaque 211. De façon similaire aux joints 300, 300’, 500 et 500’, le joint 21 1 comprend aussi des ailettes 213, qui s’étendent à partir de la partie principale 212 en direction du champ 13, suivant la direction transversale Z, les ailettes 213 étant disposées entre les plaques 100 et 100’ suivant la direction d’empilement X. Les ailettes 213 visent à assurer que le liquide de refroidissement circule, pour l’essentiel, entre les champs de circulation 103 et 103’, plutôt qu’entre les zones périphériques 102 et 102’, améliorant ainsi l’efficacité du refroidissement.
La figure 8 illustre un troisième mode de réalisation, identique au premier mode de réalisation illustré sur les figures 1 à 5, sauf pour les différences indiquées ci-dessous. Pour les figures 1 à 5 et la figure 8, des signes de référence identiques sont utilisés pour désigner des caractéristiques identiques à celles décrites précédemment. Pour le mode de réalisation de la figure 8, des signes de référence augmentés de 400 sont utilisés pour désigner des caractéristiques correspondant à celles décrites pour les figures 1 et 5, mais qui présentent des différences. La description qui suit se concentre sur les différences du mode de réalisation de la figure 8 par rapport à celui des figures 1 à 5, et ne décrit pas à nouveau en détail les caractéristiques identiques, ou fondées sur les mêmes principes.
Pour le mode de réalisation de la figure 8, le premier joint périphérique 300 est remplacé par un premier joint périphérique 700, qui comprend une partie principale 301 identique à celle du joint 300 et des ailettes 702 remplaçant les ailettes 302.
Chaque ailette 702 possède une partie de jonction 704, remplaçant la partie de jonction 304, une partie intermédiaire 305, identique à celle de l’ailette 302, et une partie extrémale 306, identique à celle de l’ailette 302. La partie de jonction 704 s’étend depuis la partie principale 301 à partir de la surface longitudinale interne 303. Comme la partie de jonction 304, la partie de jonction 704 est rectiligne. Toutefois, contrairement à la partie de jonction 304, la projection de la partie de jonction 704 sur le plan principal P est diagonale par rapport à la direction longitudinale Y. La partie intermédiaire 305 est rattachée à la partie de jonction 704 et est alignée avec la partie de jonction 704. Ainsi, l’ensemble composé de la partie de jonction 704 et de la partie intermédiaire 305 est rectiligne et sa projection sur le plan principal P est diagonale par rapport à la direction longitudinale Y.
Les figures 9 et 10 illustrent un quatrième mode de réalisation, identique au premier mode de réalisation illustré sur les figures 1 à 5, sauf pour les différences indiquées ci- après. Pour les figures 1 à 5 et des figures 9 et 10, des signes de référence identiques sont utilisés pour désigner des caractéristiques identiques à celles décrites précédemment. La description qui suit se concentre sur les différences du mode de réalisation des figures 9 et 10 par rapport à celui des figures 1 à 5, et ne décrit pas à nouveau en détail les caractéristiques identiques, ou fondées sur les mêmes principes.
Pour le mode de réalisation des figures 9 et 10, la portion périphérique 202 de la MEA 200 est remplacée par la portion périphérique 402, avec la continuation périphérique 406, tel que cela est décrit pour le mode de réalisation des figures 6 et 7. Pour le mode de réalisation des figures 9 et 10, les plaques polaires anodique 100’ et cathodique 100 sont identiques à celles prévues aux figures 1 à 5, ou de construction similaire, hormis en ce que, deux plaques polaires anodique 100’ et cathodique 100 appartenant respectivement à deux cellules adjacentes, au lieu d’être fixées l’une à l’autre par soudure, elles sont en appui l’une contre l’autre suivant la direction d’empilement X sans être fixées l’une à l’autre, avec interposition du joint de plaque 211 décrit ci-avant pour le mode de réalisation de la figure 6.
La figure 11 illustre un cinquième mode de réalisation, identique au premier mode de réalisation illustré sur les figures 1 à 5, sauf pour les différences indiquées ci-après. Pour les figures 1 à 5 et de la figure 1 1 , des signes de référence identiques sont utilisés pour désigner des caractéristiques identiques à celles décrites précédemment. Pour le mode de réalisation de la figure 11 , des signes de référence augmentés de 600 sont utilisés pour désigner des caractéristiques correspondant à celles décrites pour les figures 1 et 5, mais qui présentent des différences. La description qui suit se concentre sur les différences du mode de réalisation de la figure 1 1 par rapport à celui des figures 1 à 5, et ne décrit pas à nouveau en détail les caractéristiques identiques, ou fondées sur les mêmes principes.
Pour le mode de réalisation de la figure 11 , le joint 300 est remplacé par le joint 900, qui comporte une partie principale 301 identique à celle du joint 300. En revanche, les ailes 302 sont remplacées par des ailettes 902. L’ailette 902 comporte une partie de jonction 904, remplaçant la partie de jonction 304, une partie intermédiaire 905, remplaçant la partie intermédiaire 305, et une partie extrémale 906, remplaçant la partie extrémale 306. Ces parties 904, 905 et 906 se succèdent à partir de la partie principale 301 , en direction du champ de circulation 103.
Dans l’ensemble, l’ailette 902 serpente le long d’un axe parallèle à la direction transversale Z.
L’ailette 902 est rattachée à la surface longitudinale interne 303 de la partie principale 301 via la partie de jonction 904. Au lieu d’être rectiligne comme la partie de jonction 304, la partie de jonction 904 est courbée et sa projection sur le plan principal P est courbe par rapport à la direction longitudinale Y. Au moins une portion de la partie de jonction 904 est donc oblique par rapport à la partie principale 301 , en projection dans le plan P.
La partie intermédiaire 905 est rattachée à la partie de jonction 904. Au lieu d’être rectiligne comme la partie intermédiaire 305, la partie intermédiaire 905 est courbe et sa projection sur le plan principal P est courbe. La partie intermédiaire 905 est oblique par rapport à la partie principale 301 , en projection dans le plan P, en étant préférentiellement dirigée selon une oblique inversée par rapport à la partie de jonction 904.
La partie extrémale 906 est rattachée à la partie intermédiaire 905 et termine l’ailette 302. La partie extrémale 906 est interposée entre la couche de diffusion de gaz 205 et le cadre de maintien 206 d’une part, et la zone périphérique 102 d’autre part selon la direction d’empilement X. Contrairement à la partie extrémale 306 qui est rectiligne, la partie extrémale 906 est courbée et sa projection sur le plan principal P est courbe par rapport à la direction longitudinale Y. La partie extrémale 906 est oblique par rapport à la partie principale 301 , en projection dans le plan P, en étant préférentiellement dirigée selon une oblique inversée par rapport à la partie intermédiaire 905.
La partie extrémale 906 comporte une portion de contact 907, que l’on peut comparer à la portion de contact 307 décrite ci-avant. La portion de contact 907 correspond à la portion de la partie extrémale 906 interposée entre la couche de diffusion de gaz 205 et la zone périphérique 102 selon la direction d’empilement X.
Les figures 12 et 13 illustrent un sixième mode de réalisation, identique au quatrième mode de réalisation illustré sur les figures 9 et 10 sauf pour les différences indiquées ci- après. Pour les figures 12 et 13, des signes de référence identiques sont utilisés pour désigner des caractéristiques identiques à celles décrites précédemment. Pour le mode de réalisation des figure 12 et 13, des signes de référence augmentés de 800 sont utilisés pour désigner des caractéristiques correspondant à celles décrites pour les figures 1 et 5, mais qui présentent des différences. La description qui suit se concentre sur les différences du mode de réalisation des figures 12 et 13 par rapport à celui des figures 9 et 10, et ne décrit pas à nouveau en détail les caractéristiques identiques, ou fondées sur les mêmes principes.
Pour ce mode de réalisation des figures 12 et 13, le premier joint périphérique 300 est remplacé par un premier joint périphérique 1100. Le premier joint périphérique 1 100 comprend une partie principale 301 identique à celle décrite précédemment. Le joint 1100 comprend des ailettes 1 102, remplaçant les ailettes 302. L’ailette 1102 possède une partie de jonction 1 104, remplaçant la partie de jonction 304, une partie intermédiaire 305 identique à celle de l’ailette 302 et une partie extrémale 306 identique à celle de l’ailette 302.
La partie de jonction 1 104 diffère de la partie de jonction 304 seulement en ce qu’elle comprend une ouverture 1105, sous la forme d’une encoche dans l’ailette 1102, qui sépare la partie de jonction 304 de la portion périphérique 402. Pour former cette ouverture 1105, l’épaisseur de la partie de jonction 1104 mesurée dans la direction d’empilement X est inférieure à l’épaisseur mesurée dans la direction d’empilement X de la partie intermédiaire 305. Cette ouverture 1 105 dans la direction longitudinale Y permet la circulation de fluides au travers de l’ailette 1102, par exemple afin d’évacuer des produits de réaction ou de la condensation qui pourrait se former entre les ailettes 1102 successives.
Pour ce mode de réalisation des figures 12 et 13, le deuxième joint périphérique 300’ est remplacé par un joint périphérique 1100’. Le joint périphérique 1100’ comprend une partie principale 30T identique à celle décrite précédemment. Le joint périphérique 1100’ comprend des ailettes 1102’, remplaçant les ailettes 302’. L’ailette 1102’ possède une partie de jonction 1104’, remplaçant la partie de jonction 304’, une partie intermédiaire 305’ identique à celle de l’ailette 302’ et une partie extrémale 306’ identique à celle de l’ailette 302’. La partie de jonction 1104’ forme une ouverture 1105’, selon le même principe que l’ouverture 1105 la partie de jonction 1104.
La figure 14 illustre un septième mode de réalisation, identique au mode de réalisation des figures 12 et 13 excepté pour les différences décrites ci-après. Pour la figure
14, des signes de référence identiques sont utilisés pour désigner des caractéristiques identiques à celles décrites précédemment. Pour le mode de réalisation de la figure 14, des signes de référence augmentés de 200 sont utilisés pour désigner des caractéristiques correspondant à celles décrites aux figures 12 et 13, mais qui présentent des différences. La description qui suit se concentre sur les différences du mode de réalisation de la figure 14 par rapport aux précédents, et ne décrit pas à nouveau en détail les caractéristiques identiques, ou fondées sur les mêmes principes.
Pour le mode de réalisation de la figure 14, le joint périphérique 1100’ est remplacé par le joint périphérique 700 de la figure 8, et le joint de plaque 21 1 est remplacé par un joint de plaque 41 1.
Le joint de plaque 41 1 comprend une partie principale 212, identique à celle du joint 21 1. De façon similaire au joint 21 1 , le joint 411 comprend aussi des ailettes 413, remplaçant les ailettes 213. Les ailettes 413 diffèrent des ailettes 213 en ce qu’elles comportent une encoche 414, pour autoriser une circulation de fluide de refroidissement au travers de l’ailette 413, selon le même principe que l’ouverture 1105.
La figure 15 illustre un huitième mode de réalisation, identique au premier mode de réalisation des figures 1 à 5, excepté pour les différences décrites ci-après. Pour la figure
15, des signes de référence identiques sont utilisés pour désigner des caractéristiques identiques à celles décrites précédemment. La description qui suit se concentre sur les différences du mode de réalisation de la figure 15 par rapport à celui des figures 1 à 5, et ne décrit pas à nouveau en détail les caractéristiques identiques, ou fondées sur les mêmes principes.
En plus de tous les éléments déjà décrits pour le mode de réalisation des figures 1 à 5, le mode de réalisation de la figure 15 prévoit une digue 310, qui s’étend parallèlement à la partie principale 301 du joint 300, c’est-à-dire parallèlement à la direction longitudinale Y. La digue 310 est interposée, suivant la direction d’empilement X, entre la zone périphérique 102 et la couche de diffusion 205. La digue 310 est disposée, suivant la direction transversale Z, entre le champ de circulation 103 et le joint 300. La digue 310 relie avantageusement toute ou partie des ailettes 302 entre elles, la partie extrémale 306 respective de chaque ailette 302 ou tout du moins de plusieurs ailettes 302, étant rattachée à la digue 310. De préférence, la digue 310 est constituée par le même matériau que le joint 300, de façon à pouvoir être formée en même temps, avec le même matériau et/ou à venir de matière avec le joint 300.
La digue 310 bordant le champ de circulation 103, elle vise à délimiter un canal 295, qui, de préférence, s’ajoute aux canaux 105 et qui a la même fonction que ces canaux 105. Le canal 295 est délimité, suivant la direction d’empilement X, par la zone périphérique 102, qui assure la même fonction que le fond de canal 1051 pour le canal 105, et la couche 205. Le canal 295 est donc délimité, suivant la direction transversale Z, par une dent de canal 1052 de la plaque polaire cathodique 100, et par la digue 310, qui est adjacente et parallèle à cette dent de canal 1052, que l'on peut nommer dernière dent de canal. Le canal supplémentaire 295 est donc de préférence prévu pour lui aussi conduire la circulation de fluide réactif en regard de la zone active de la MEA 200, qui est la portion centrale 203 de la MEA 200 sur l’étendue de laquelle la membrane 204 est accessible au fluide réactif circulant dans le champ de circulation. La présence de la digue 310 permet de simplifier la réalisation d’une ou des ailettes 302 rattachées à la digue 310, donc qui s’étendent transversalement sur toute la dimension transversale entre la partie principale 301 du joint périphérique 300 et cette digue 310, donc en travers de l’intégralité de la zone de bipasse 40 pour former un canal supplémentaire, ici le canal 295, pour conduire la circulation de fluide réactif. Une telle réalisation est particulièrement avantageuse si les dents de canal 1052 du champ de circulation 103 sont réalisées par emboutissage de la plaque polaire cathodique 100, celle-ci étant en métal. En effet dans ce cas, il peut être complexe de réaliser des ailettes 302 en matériau polymère moulé, notamment avec le même matériau et le même procédé de réalisation que le joint périphérique 300, qui viennent en contact avec la dernière dent en métal embouti. Dans en tel cas, la présence de la digue 310 permet que la dernière dent de canal de la zone active, au lieu d’être emboutie, soit formée par une dent du même matériau que le joint périphérique 300 et les ailettes 302 afin qu'ils ne forment qu'un.
Ainsi, dans l’exemple de la figure 15, la digue 310 est située, suivant la direction d’empilement X, en regard de la portion centrale 203 de la MEA 200, à sa démarcation avec la portion périphérique 202, de sorte que le canal 295 est en regard de la portion centrale 203. Autrement dit, suivant la direction transversale Z, la digue 310 est décalée vers l’intérieur de la cellule par rapport au pourtour intérieur du cadre 206, où le cadre 206 pince la membrane 204.
Les figures 16 et 17 illustrent un neuvième mode de réalisation, identique au huitième mode de réalisation de la figure 15 excepté pour les différences décrites ci-après.
Dans ce mode de réalisation, les mêmes signes de référence que pour la figure 15 sont utilisés. Dans ce mode de réalisation des figures 16 et 17, la digue 310 est décalée suivant la direction transversale Z vers l’extérieur de la cellule 2 par rapport à la digue 310 de la figure 15. Autrement dit, la digue 310 des figures 16 et 17 est en regard, suivant la direction d’empilement X, de la démarcation entre la portion périphérique 202 et la portion centrale 203, c’est-à-dire en regard du pourtour intérieur du cadre 206 pinçant la portion centrale 203. Ainsi, le canal 295 est en regard d’une partie de la portion centrale 203 qui longe directement le cadre 206. Dans un tel cas, on pourra chercher à placer la digue 310 au plus près, selon la direction transversale Z, de la dernière dent de canal.
Le canal 295 délimité par la digue 310 n'est pas nécessairement de la même taille qu'un canal 103 et, notamment dans le cas des figures, 16 et 17, on pourra chercher à minimiser sa taille, notamment selon la direction transversale Z.
En variante non représentée, les ailettes du premier joint périphérique 300, 500, 700, 900, 1 100 peuvent ne pas être en regard des ailettes du deuxième joint périphérique 300’, 500’, 1100’, mais décalées les unes par rapport aux autres selon la direction longitudinale Y. Selon d’autres variantes non représentées, un même premier joint périphérique 300, 500, 700, 900, 1100 ou deuxième joint périphérique 300’, 500’, 1100’ peuvent comprendre des ailettes de forme différentes, et un premier joint périphérique 300, 500, 700, 900, 1100 peut avoir des ailettes différentes d’un deuxième joint périphérique 300’, 500’, 1100’.
Toute caractéristique décrite pour l’un des modes de réalisation ou variante qui précède peut être mise en œuvre dans les autres modes de réalisation et variantes décrites ci-avant. En particulier, toute ailette et toute partie principale d’un joint périphérique ou d’un joint de plaque peut être mise en œuvre dans tout autre joint périphérique ou de plaque décrit ci-avant. La digue 310 peut être appliquée à tout joint périphérique ou de plaque décrit ci-avant. En particulier, une ailette peut comprendre à la fois des parties courbes et rectilignes.

Claims

REVENDICATIONS
1. Joint périphérique (300 ; 500 ; 700 ; 900 ; 1100), pour une cellule (2) pour une pile à combustible (1 ), le joint périphérique (300 ; 500 ; 700 ; 900 ; 1100) comprenant :
• une partie principale (301 ), étant configurée pour être interposée, suivant une direction d’empilement (X) de la pile à combustible, entre :
♦ une zone périphérique (102) appartenant à une plaque polaire (100) de la cellule (2), la plaque polaire (100) s’étendant parallèlement à un plan principal (P) de la cellule (2), le plan principal (P) étant perpendiculaire à la direction d’empilement (X), la plaque polaire (100) comprenant un champ de circulation (103) d’un fluide réactif, entouré par la zone périphérique (102), et
♦ une portion périphérique (202 ; 402) appartenant à un assemblage membrane électrode (200), l’assemblage membrane-électrode comprenant en outre au moins une couche de diffusion de gaz (205),
• au moins une ailette (302 ; 502 ; 702 ; 902 ; 1102) comprenant une partie de jonction (304 ; 704 ; 904 ; 1 104), par l’intermédiaire de laquelle l’ailette (302; 502 ; 702 ; 902 ; 1 102) est rattachée à la partie principale (301 ); caractérisée en ce que ladite au moins une ailette (302 ; 502 ; 702 ; 902 ; 1 102) comprend en outre :
• une partie extrémale (306 ; 506 ; 906) terminant l’ailette (302 ; 502 ; 702 ; 902 ; 1 102), configurée pour être interposée, selon la direction d’empilement (X), entre la couche de diffusion de gaz (205) et la zone périphérique (102) , et
• une partie intermédiaire (305 ; 905 ; 1 105), reliant la partie de jonction (304 ; 704 ; 904 ; 1104) à la partie extrémale (306 ; 506 ; 906), la partie intermédiaire (305 ; 905 ; 1 105) étant configurée pour être oblique par rapport à la partie principale (301 ) du joint périphérique (300 ; 500 ; 700 ; 900 ; 1100), en projection dans le plan principal (P).
2. Joint périphérique (300 ; 500 ; 700 ; 900 ; 1 100) selon la revendication 1 , comprenant plusieurs ailettes (302 ; 502 ; 702 ; 902 ; 1 102), chaque ailette (302 ; 502 ; 702 ; 902 ; 1102) étant reliée à la partie principale (301 ) uniquement par l’intermédiaire de la partie de jonction (304 ; 704 ; 904 ; 1 104).
3. Joint périphérique (300 ; 500 ; 700 ; 900 ; 1 100), selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la partie de jonction (304 ; 1104) est configurée pour s’étendre perpendiculairement à la partie principale (301 ), en projection dans le plan principal (P).
4. Joint périphérique (300 ; 500 ; 700 ; 900 ; 1100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la partie extrémale (306) est configurée pour s’étendre perpendiculairement à la partie principale (301 ), en projection dans le plan principal (P).
5. Joint périphérique (300 ; 500 ; 700 ; 1100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins une partie, parmi la partie extrémale (306 ; 506), la partie intermédiaire (305 ; 1 105) et la partie de jonction (304 ; 704 ; 1 104), est configurée pour être rectiligne, en projection dans le plan principal (P).
6. Joint périphérique (900), selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une partie de l’ailette (902) est configurée pour être courbe, en projection dans le plan principal (P).
7. Joint périphérique (1100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la partie de jonction (1 104) comporte une ouverture (1105) permettant une circulation de fluide au travers de l’ailette (1102).
8. Joint périphérique (300 ; 500 ; 700 ; 900 ; 1100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la partie principale (301 ) du joint périphérique (300 ; 500 ; 700 ; 900 ; 1100) et l’ailette (302 ; 502 ; 702 ; 902 ; 1102) sont formées d’un seul tenant.
9. Joint périphérique (300) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une digue (310) qui est parallèle à la partie principale (301 ), qui relie les parties extrémales (306) de plusieurs ailettes (302), la digue (310) étant formée d’un seul tenant avec le premier joint périphérique (300), et qui est configurée pour être interposée selon la direction d’empilement (X) entre la couche de diffusion de gaz (205) et la plaque polaire (100).
10. Cellule (2), pour une pile à combustible, comprenant la plaque polaire (100) et un joint périphérique (300 ; 500 ; 700 ; 900 ; 1100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, la plaque polaire (100) comprenant :
• la zone périphérique (102), et
• le champ de circulation (103) du fluide réactif, entouré par la zone périphérique (102).
11. Cellule (2), selon la revendication 10, comprenant en outre :
• l’assemblage membrane-électrode (200), s’étendant parallèlement au plan principal (P) de la cellule (2), superposé à la première plaque polaire (100) selon la direction d’empilement (X), et comprenant :
♦ la portion périphérique (202 ; 402), en regard de la zone périphérique (102) suivant la direction d’empilement (X),
♦ une portion centrale (203) comprenant une membrane polymère échangeuse de protons (204), encadrée par la portion périphérique (202 ; 402), et
♦ ladite au moins une couche de diffusion de gaz (205) interposée, selon la direction d’empilement (X), entre la membrane polymère échangeuse de protons (204) et la plaque polaire (100), le joint périphérique (300 ; 500 ; 700 ; 900 ; 1 100) assurant une étanchéité au fluide réactif entre d’une part une zone de bipasse (50) de la cellule (2) délimitée à l’intérieur de la cellule (2), entre la portion périphérique (202 ; 402) de l’assemblage membrane-électrode (200) et la zone périphérique (102), et d’autre part une zone externe (3) à la cellule (2) par-delà la partie principale (301 ) vis-à-vis de la zone de bipasse (50), et ladite au moins une ailette s’étendant dans la zone de bipasse.
12. Cellule (2) selon la revendication 1 1 , dans laquelle une portion de contact (307 ; 507 ; 907) de la partie extrémale (306 ; 506 ; 906) est comprimée entre la couche de diffusion de gaz (205) et la zone périphérique (102).
13. Cellule (2) selon l’une quelconque des revendications 10 à 12, dans laquelle le champ de circulation (103) délimite une pluralité de canaux (105), pour la circulation du fluide réactif, les canaux (105) s’étendant selon une direction longitudinale (Y) perpendiculaire à la direction d’empilement (X), chaque canal (105) étant délimité par :
• un fond de canal (1051 ), appartenant au champ de circulation (103), et s’étendant parallèlement à la direction longitudinale (Y), et • deux dents de canal (1052), appartenant au champ de circulation (103), et s’étendant parallèlement à la direction longitudinale (Y), les dents de canal (1052) étant agencées de part et d’autre du fond de canal (1051 ), en saillie par rapport au fond de canal (1051 ), chaque dent de canal (1052) étant en contact avec la couche de diffusion de gaz (205) dans la direction d’empilement (X).
14. Cellule (2) selon la revendication 13 dans laquelle les dents de canal (1052) sont en outre en saillie par rapport à la zone périphérique (102) dans la direction d’empilement (X).
15. Pile à combustible (1 ) comprenant des cellules (2), au moins une desdites cellules (2) étant selon l’une quelconque des revendications 10 à 14, les cellules (2) étant empilées suivant la direction d’empilement (X), pour constituer un empilement.
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